环保技术新突破：科学家利用植物纤维素制成新型聚合物

环保技术新突破：科学家利用植物纤维素制成新型聚合物 科学家们设计出了一种利用纤维素生产可回收且稳定的聚合物的方法，为传统塑料提供了一种可持续的替代品。这一研究成果为生产环保材料提供了新的可能性。上图为本研究开发的新型可回收聚合物制成的透明薄膜。资料来源：Feng Li他们开发出了一种方便、多用途的方法，利用从植物纤维素中提取的化学物质制造各种聚合物；最重要的是，这些聚合物可以完全回收利用。该方法发表在《ACS Macro Letters》杂志上。纤维素是植物生物质中最丰富的成分之一，是所有植物细胞周围坚韧细胞壁的关键部分。纤维素很容易从稻草和锯末等植物废料中获取，因此，将纤维素用作聚合物生产的原料不会减少用于粮食生产的农业用地。纤维素是一种长链多糖聚合物，即由多个糖基（特别是葡萄糖）通过化学键连接而成。为了制造新型聚合物，北海道研究小组使用了两种市售的小分子，即由纤维素制成的左旋葡糖烯酮（LGO）和二氢左旋葡糖烯酮（Cyrene）。他们开发了新颖的化学工艺，将 LGO 和 Cyrene 转化为各种非天然多糖聚合物。通过改变聚合物的精确化学结构，可以生成不同的材料，用于各种可能的应用。"我们面临的最大挑战是控制将较小单体分子连接在一起的聚合反应，以及获得对普通应用足够稳定的多糖材料，同时还能在特定化学条件下被分解和回收。"左起研究小组的佐藤俊文、水上雄太、李锋和矶野拓也。图片来源：李锋李补充说，研究过程中最大的惊喜是他们制作的聚合物薄膜具有很高的透明度，这对于这些聚合物似乎最适合的专业应用来说可能至关重要。另一位通讯作者 Toshifumi Satoh 教授补充说：由于这些材料相当坚硬，可能难以用作塑料袋等柔性塑料材料，因此我认为它们更适合用作光学、电子和生物医学应用领域的高性能材料。世界各地的其他研究小组也在探索用植物制造塑料替代聚合物的潜力，其中一些"生物塑料"已经可以在市场上买到，但佐藤的研究小组为这一快速发展的领域增添了一个重要的新机会。研究小组现在计划探索更多的可能性，但可行的结构变化非常多，因此他们希望与计算化学、人工智能和自动合成方面的专家联手探索这些选择。"我们希望这项工作能开发出多种有用的非天然多糖聚合物，使其成为从生物质到高效回收的可持续合成闭环的一部分。"编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

增强型棉绷带不使用抗生素也能杀死细菌

增强型棉绷带不使用抗生素也能杀死细菌 Tamer Uyar 副教授（左）和博士生 Mohsen Alishahi 检查棉基材料这种物质天然存在于指甲花叶中，以其抗氧化、消炎和抗菌特性而闻名。然而，由于其疏水（拒水）特性，它不容易与液体溶液混合并悬浮在其中。这就限制了它的生物利用度，使其不能被人体很好地吸收。环糊精是一种碳水化合物，具有中空的内腔和亲水性（吸水性）的外表面。通过"隐藏"在环糊精分子中，lawsome分子能够被彻底混合到液体溶液中。随后，将这种lawsome/环糊精溶液与无毒的羟丙基纤维素结合在一起。接下来，研究人员利用静电纺丝技术，在普通化妆棉上均匀地涂上一层这种混合物。涂层中的羟丙基纤维素现在变成了纳米级纤维素纤维，从而提高了溶液的表面体积比。在实验室与纯lawsone一起进行测试时，发现涂层棉花对革兰氏阴性和阳性细菌的抗生素作用更强。它对大肠杆菌和葡萄球菌的效果更好，能有效根除这两种细菌。Alishahi 说："伤口敷料应为促进伤口愈合和预防感染提供适宜的环境。这种敷料使用棉花、环糊精和 Lawsone 等纯天然材料，具有全面的抗氧化和抗菌活性，可以促进伤口愈合和预防感染。"关于这项由棉花公司资助的研究的论文最近发表在《国际制药学杂志》上。 ... PC版： 手机版：

简易的纤维素过滤器可彻底净化注射器注入的水

简易的纤维素过滤器可彻底净化注射器注入的水 水凝胶又是由纤维素纳米纤维"交织成网"构成的。纤维素是地球上最常见的有机化合物可以从植物等各种现成的天然资源中方便廉价地获得。在使用该设备时，用户首先使用普通注射器从溪流、湖泊或其他地方取水。然后，他们将注射器的一端插入过滤器顶部的端口，并将水注入其中。当水通过纳米纤维之间的微小缝隙时，大于 10 纳米的悬浮固体颗粒几乎 100%被截留，而细菌和病毒的大小通常超过 10 纳米。这样，从过滤器底部流出的水就变得清洁可饮用了。更重要的是，每个过滤器可使用 30 次，丢弃时可生物降解。在迄今为止进行的测试中，使用了 1.5 升（1.6 夸脱）大的注射器来收集浑水、河水和受微塑料污染的水，所有这些水都成功地使用过滤器进行了净化。科学家们目前正在努力扩大该技术的规模，以便一次处理更大量的水。首席科学家于桂华教授说："颗粒物污染水的问题迫在眉睫，特别是在偏远和欠发达地区，人们经常依赖受污染的水源饮用，这需要立即引起关注和重视。我们的系统能高效去除各种类型的颗粒，为改善淡水供应提供了一个极具吸引力且切实可行的解决方案。"有关这项研究的论文最近发表在《自然-可持续性》杂志上。 ... PC版： 手机版：

隐形杀手：大肠杆菌的隐性变异如何令其到达致命程度

隐形杀手：大肠杆菌的隐性变异如何令其到达致命程度 昆士兰大学分子生物科学研究所的 Mark Schembri 教授和 Nhu Nguyen 博士以及 Mater Research 的 Sumaira Hasnain 副教授在大肠杆菌的纤维素制造机制中发现了这一突变。Schembri 教授说，这种突变为受影响的大肠杆菌开了绿灯，使其能够进一步扩散到体内，感染更多器官，如肝脏、脾脏和大脑。"'好'细菌能制造纤维素 而'坏'细菌不能"Schembri 教授说："我们的发现解释了为什么一些大肠杆菌会导致危及生命的败血症、新生儿脑膜炎和尿路感染 (UTI)，而另一些大肠杆菌却能在我们体内存活而不造成危害。"细菌的细胞表面会产生许多物质，这些物质可以刺激或抑制宿主的免疫系统。新发现的突变阻止了大肠杆菌制造细胞表面碳水化合物纤维素，这导致宿主肠道炎症加剧。结果是肠道屏障被破坏 细菌就能在体内传播。植物、藻类和"好"细菌能制造碳水化合物纤维素，而"坏"细菌不能。研究小组在复制人类疾病的模型中发现，无法产生纤维素的细菌毒性更强，因此会导致更严重的疾病，包括脑膜炎中的脑部感染和尿毒症中的膀胱感染。大肠杆菌是与细菌抗生素耐药性相关的最主要病原体。寻找预防感染的新方法Hasnain副教授说，了解细菌如何从肠道储藏库传播到身体其他部位，对于预防感染非常重要。她说："我们的发现有助于解释为什么某些类型的大肠杆菌 变得更加危险，并为不同类型的高毒性和入侵性细菌的出现提供了解释。"大肠杆菌是与细菌抗生素耐药性相关的最主要病原体。仅在 2019 年，全球就有近 500 万人的死亡与细菌的抗生素耐药性有关，其中大肠杆菌导致了 80 多万人死亡。随着对所有现有抗生素都有抗药性的超级细菌的威胁在全球范围内不断增加，找到预防这种感染途径的新方法对于减少人类感染数量至关重要。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

新研发的基于菠萝皮的材料强度是蘑菇素皮革的60倍

新研发的基于菠萝皮的材料强度是蘑菇素皮革的60倍 泰国玛希隆大学（Mahidol University）的研究人员使用天然橡胶作为粘合剂，通过简单的工艺制造出了这种 100% 生物基菠萝叶纤维（PALF）皮革，这种皮革无需化学处理或额外的塑料，他们认为这是向前迈出的"重要"一步。研究小组指出："这项研究展示了一种可持续的、经济上可行的传统皮革替代品，它有可能彻底改变皮革行业，并为一个更加环保的未来做出贡献。"菠萝叶制成的皮革 玛希隆大学虽然动物皮革替代品并非新生事物，但迄今为止，它们都面临着巨大的挑战。主要依赖塑料生产的"素皮"可能对动物更好，但不一定对地球更好，而且其使用寿命也更短。在使用其他天然纤维（如真菌中的纤维）方面也取得了重大进展，但其机械性能（韧性、抗撕裂性）一直是个问题。那么，是什么让菠萝更有可能成为可持续生产、耐磨损的皮革来源呢？这一切都要归结于细小纤维的提取和制备。菠萝的叶子一种丰富的副产品被清洗干净并切成 6 毫米宽的小块。然后将其研磨成浓稠的绿色糊状物并烘干，再用筛子将非纤维材料从菠萝叶纤维（PALF）中分离出来。然后，研究人员制备了未经处理的菠萝叶纤维（UPALF）和与氢氧化钠混合并经过水洗的纤维（TPALF），以创造不同的皮革特性，并在丝网上铺展开来，类似于造纸工艺。最后，在未编织、压平的纤维片上涂上一层薄薄的天然乳胶，然后将其暴露在 70 °C（158 °F）的环境中 24 小时，随后进行压缩。研究人员使用扫描电子显微镜分析发现，这种处理方法的结构在拉伸和撕裂强度测试中表现最佳，硬度也达到最佳。研究人员还用胡萝卜、咖啡等多种天然染色剂对这些皮革进行了处理，以展示如何在不使用商业鞣革中使用的任何有毒化学物质的情况下实现各种色调。虽然 PALF 皮革的拉伸强度和抗撕裂性能低于人们对动物皮革的预期，但在研究人员自己进行的测试中，两者不相上下，这表明传统材料具有天然的可变性。然而，在与现有的商业皮革替代品进行比较时，PALF 的表现尤为突出，其拉伸强度达到 12.3 兆帕，比 0.2 兆帕的 MuSkin（由椭圆黄柏 蘑菇制成）强 60 多倍。这种"磨损"系数低的问题一直是人们对蘑菇皮革和其他一些植物皮革替代品的最大担忧之一。PALF 皮革与其他皮革替代品相比的机械性能，PALF 的强度几乎是现有菠萝叶皮革Pinatex 的三倍，抗撕裂性几乎是后者的两倍。由 Taweechai Amornsakchai 教授领导的研究小组计划现在调整这种材料的手感，使其更接近动物皮革的柔软度。这项研究发表在《可持续发展》杂志上，Amornsakchai 在 2019 年的这段视频中介绍了皮革的制作过程。 ... PC版： 手机版：

量子突破为生产"坚不可摧"的金属铺平道路

量子突破为生产"坚不可摧"的金属铺平道路 来自艾姆斯国家实验室和德克萨斯农工大学的科学家团队开发出了一种预测金属延展性的新方法。这种基于量子力学的方法满足了对廉价、高效、高通量的延展性预测方法的需求。研究小组在难熔多元素合金上演示了这种方法的有效性。这些材料在高温条件下的应用备受关注，但它们往往缺乏必要的延展性，无法应用于航空航天、核聚变反应堆和陆基涡轮机等领域。研究小组发现，较高（增加）的电荷活性是体心立方金属延展性提高的原因。黄色区域代表间隙（原子之间的区域）中较高的电子电荷，对应于电荷活性的增加，从而导致较高的延展性。浅蓝色区域是电荷活性较弱的间隙。在这张图片中，每个原子都用不同的颜色表示，如上文所述的钽（Ta）、钼（Mo）和钨（W）。蓝色、粉色和红色等值线表示每个原子周围的电荷分布。资料来源：美国能源部埃姆斯国家实验室预测金属延展性的挑战延展性描述的是一种材料在不开裂或断裂的情况下承受物理应变的能力。据艾姆斯实验室科学家、理论设计工作负责人普拉尚-辛格（Prashant Singh）介绍，目前还没有预测金属延展性的可靠方法。此外，试错实验既昂贵又耗时，尤其是在极端条件下。原子建模的典型方法是使用对称的刚性球体。然而，辛格解释说，在实际材料中，原子大小不一，形状各异。当混合具有不同大小原子的元素时，原子会不断调整以适应固定的空间。这种行为会造成局部原子变形。量子力学增强了延展性预测能力新的分析方法结合了局部原子畸变来确定材料是脆性还是延展性。它还扩展了当前方法的功能。"它们（当前方法）在区分微小成分变化的韧性和脆性系统方面效率不高。但新方法可以捕捉到这种非微小的细节，因为现在我们在方法中添加了量子力学特征，而这正是我们所缺少的，"辛格说。这种新型高通量测试方法的另一个优点是效率高。辛格解释说，它可以快速测试数千种材料。这种速度和能力使得预测哪些材料组合值得进行实验成为可能。这就最大限度地减少了通过实验方法发现这些材料所需的时间和资源。高温应用的验证和影响为了确定他们的延展性测试效果如何，艾姆斯实验室科学家欧阳高远领导了团队的实验工作。他们对一组预测的难熔多主元素合金（RMPEAs）进行了验证测试。RMPEAs 是一种有可能用于高温环境的材料，例如航空航天推进系统、核反应堆、涡轮机和其他能源应用。通过验证测试，研究小组发现："预测的韧性金属在高应力下发生了显著变形，而脆性金属则在类似载荷下开裂，这证实了新量子力学方法的稳健性。"编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：