研究人员将废弃纸板转化为可持续纤维素气凝胶泡沫塑料

研究人员将废弃纸板转化为可持续纤维素气凝胶泡沫塑料这种用明胶增强的纸板泡沫可使包装材料更具可持续性。资料来源：JinshengGou《ACS可持续化学与工程》杂志上的研究人员没有丢弃这些纸箱，而是利用纸板废料开发了一种缓冲泡沫。与传统的塑料泡沫缓冲材料相比，他们的再生材料更坚固、更绝缘。在家中堆积的各种垃圾中，废纸是最常见的一种。从报纸和垃圾邮件到纸板信封和纸箱，所有这些都会堆积起来，尤其是在网络购物大行其道的今天。研究人员有兴趣将这些容器和废纸变成其他有用的东西--坚固而轻便的邮寄材料。目前，为了让电子产品和玩具紧紧地依偎在盒子里，通常会使用泡沫塑料等模塑缓冲材料。轻质的纤维素气凝胶是一种可持续的替代品，但目前从废纸中生产纤维素气凝胶的方法需要几个化学预处理步骤。因此，苟金生和同事们希望找到一种更简单的方法，来制造一种以废纸为基础的泡沫材料，这种材料可以承受最恶劣的运输环境。为了制造泡沫，研究小组用搅拌机将纸板碎屑打成纸浆，然后与明胶或聚醋酸乙烯（PVA）胶水混合。将混合物倒入模具中，冷藏，然后冻干，形成缓冲泡沫。这两种纸质泡沫都具有良好的隔热性能和强大的能量吸收能力，甚至优于某些塑料泡沫。研究小组随后将纸浆、明胶、PVA胶水和一种硅基液体结合在一起，制成了一种重型废纸泡沫。这一版本的纸板泡沫可以承受锤子的击打而不散落，这一结果表明这种泡沫可以用于力量密集型的运输，例如无降落伞空投。研究人员说，他们的工作提供了一种简单而有效的方法，可以将纸板循环利用，制造出更环保的包装材料。参考文献：张斌、陶文轩、任子明、岳世琦和苟金生：《具有超高能量吸收、优异隔热性能和出色缓冲性能的可生物降解废纸基泡沫》，2023年11月28日，《ACS可持续化学与工程》。DOI:10.1021/acssuschemeng.3c06230编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1404939.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1404939.htm

研究人员成功哄骗大肠杆菌 使其制造可能替代食糖的纤维素

研究人员成功哄骗大肠杆菌使其制造可能替代食糖的纤维素现在，加利福尼亚大学戴维斯分校（UCDavis）的科学家们在阿洛酮糖生产方面取得了"重大突破"，他们采用的方法既能提供高质量的产量，又具有可行的可扩展性，使其成为一种可行的、更健康的糖替代品。这种方法还改写了目前纤维素的来源方式，可迅速推动其商业化生产。美国加州大学戴维斯分校化学教授ShotaAtsumi说："纤维素是一种很好的糖替代品，但我们还没有一种经济有效的方法来生产它。我们的新方法高效、经济可行，可以扩大规模进行商业化生产。"阿洛酮糖（又称D-糙米糖）被认为是一种稀有糖类，因为它只在小麦、无花果和葡萄干等少数植物性食物中以微量形式天然存在。提取后，它具有蔗糖的质地和口感，每克热量仅为0.4卡路里，而蔗糖每克热量为4卡路里。由于它是一种单糖，即单个糖分子，因此在人体内会经历一个非常不同的过程。大约70%被小肠吸收，并在24小时内通过尿液排出体外。其余的则会在大约48小时内通过大肠这条风景优美的路线排出体外。因此，阿洛糖不会影响血糖或胰岛素水平。虽然可以获得阿洛酮糖，但目前的低产量生产方法使最终产品对制造商和消费者来说都成本高昂目前，人们使用D-tagatose-3-epimerase(DTEase)（DTEase）和D-psicose-3-epimerase（DPEase）酶来提取阿洛酮糖，催化其从果糖的转化，但这种工艺的局限性意味着产量最多只能达到50%，而且纯度很低。在加州大学戴维斯分校，科学家们不再试图提高这些酶的产量，而是转而寻找另一种完全生产这种糖的方法。他们在常见的肠道细菌大肠杆菌（E.coli）中找到了这种方法。研究小组与火星高级研究所（MarsAdvancedResearchInstitute）合作，编辑了微生物的新陈代谢过程，因此当给细胞喂食葡萄糖时，它们会将其转化为阿洛酮糖。结果，产量立即达到62%（重要的是，纯度超过95%）。Atsumi说："一旦通量被重新定向，就会发现细胞具备了所需的一切条件；它们只需要被开启，而不需要的途径则被关闭。"从根本上说，大肠杆菌天然拥有从葡萄糖中生产阿尿糖的正确途径，科学家们通过调整设计，将开关切换到特定的代谢结果。这种新方法不仅能够生产出阿洛酮糖，而且还具有可持续性和成本效益，可以利用现有的基础设施和生物化学技术扩大生产规模。研究人员在论文中指出："全细胞催化技术和基础设施已经在工业上得到确立，而且可以向模式生物大肠杆菌提供不与商业食品生产竞争的原料。批量生产稀有糖类的能力将为超加工食品提供低热量糖类替代品，从而有助于解决全球肥胖率上升的问题。稀有糖类产量的增加还将为农业产业提供可持续的杀虫剂，并为制药业提供具有药用价值的单糖。"而且，由于改良大肠杆菌会吞噬喂给它们的所有葡萄糖，因此几乎不需要下游工作来提高纯度，而这解决了目前生产方法的另一个麻烦。这项研究发表在《自然-食品科学》（Nature'snpjScienceofFood）杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1392177.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1392177.htm

特制的木质粉末可去除纺织业废水中的染料

特制的木质粉末可去除纺织业废水中的染料这些微小晶体中使用的纤维素是从木材中提取的，这种木材又可以从纸浆/造纸或木材工业的废料中获得，这意味着不必为了制造这种粉末而砍伐树木。使用一种"简单的酸处理"方法在纳米晶体的表面施加负电荷，让它们选择性地吸收染料分子，同时允许水分子通过，重要的是，当粉末暴露在阳光下时，被困的染料迅速分解成毒性较低的形式。不仅如此，在过滤过程中的任何步骤都不需要压力或热量。一旦该技术得到进一步发展，由纤维素纳米晶体粉末制成的过滤器可以被放置在纺织厂的外流废水中。在迄今为止进行的实验室测试中，这种材料已经从受污染的水样中去除高达80%的染料污染物。科学家们希望通过调整处理时间和水的pH值等变量来提高这一数字。此外，通过添加先前开发的类似的纤维素基材料，像铬这样的重金属污染物也有可能被捕获。"想象一下一个简单的净化系统，就像一个连接到污水管道上的便携式盒子，"首席科学家、查尔姆斯大学副教授GunnarWestman说。"当受污染的水通过纤维素粉末过滤器时，污染物被吸收，进入处理系统的阳光使它们快速有效地分解。这是一个成本效益高、设置和使用简单的系统，我们看到它在目前水处理效果差或不存在的国家可能会有很大好处"。有关这项研究的论文最近发表在《工业与工程化学研究》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1350835.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1350835.htm

细菌纤维素可被用于制造新型可食用包装材料

细菌纤维素可被用于制造新型可食用包装材料塑料可能需要50到200年才能分解，具体取决于塑料的原料。几十年来，石油基塑料在包装中的使用导致了严重的污染，从而推动了开发更环保和可持续的包装材料。生物衍生聚合物提供了一种“绿色化”一次性包装的方法。其中一种细菌纤维素（BC）引起了研究人员的特别兴趣。BC是由细菌合成的超细纤维素纳米纤维网络，具有比植物纤维素更高的保水能力、更高的拉伸强度、质地明显柔软、纤维含量高等性能。现在，香港中文大学的研究人员利用BC创造了一种新型复合一次性包装材料，该材料不仅环保，而且还可以食用。该研究的通讯作者ToNgai表示：“人们对BC进行了广泛的研究，包括其在智能包装、智能薄膜以及通过混合、涂层和其他技术创建的功能化材料中的应用。”“这些研究证明了BC作为一次性塑料包装材料替代品的潜力，使其成为我们研究的合理起点。”作为该材料的基础，研究人员使用了Komagataeibacterxylinus细菌分泌的纤维素，该细菌是一种知名的可持续、无毒BC生产者。与植物纤维素不同，纤维素是通过发酵过程生产的，这意味着不需要砍伐树木或农作物，也不会破坏栖息地。顺便说一句，Komagataeibacter细菌经常被发酵来制作传统的茶饮料康普茶（红茶菌）。然后，研究人员将从大豆中分离出的大豆蛋白嵌入到纤维素结构中，并用海藻酸钙制成的耐油复合材料对其进行涂覆，总而言之，这是一个相对简单的过程。“它不需要化学反应等特定的反应条件，而是需要简单实用的混合和涂覆方法，”Ngai说。经过测试，他们发现这种新型材料透明、耐油、对人体细胞无毒，并在一到两个月内完全生物降解。他们发现，与低密度聚乙烯塑料相比，该材料作为一次性袋子来存放零食、糖果、街头食品、面包或类似食品的性能相当。用这种材料制成的吸管的强度足以刺穿市售珍珠奶茶的塑料膜，并且在水中浸泡24小时后仍能保持其完整性。Ngai表示：“这种方法为应对开发可持续和环保包装的挑战提供了一个有前景的解决方案，可以大规模替代一次性塑料。”最重要的是，该材料的成分意味着人类和动物可以安全食用。海龟和其他海洋动物可以安全食用，不会对海洋造成水生毒性。研究人员计划继续研究他们的新型包装材料，增强其多功能性并解决使用BC的缺点之一，即其热塑性或在高温下成型并在冷却时固化的能力。“细菌纤维素的主要挑战之一是它们不是热塑性的，这限制了它们在某些应用中的使用潜力，”Ngai说。“通过解决这个问题，我们希望使细菌纤维素薄膜比传统塑料更具竞争力，同时保持其生态友好性。这项研究提醒我们，天然原材料已经具备必要的特性，可以超越塑料包装的功能。”该研究发表在《化学工业协会》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1368219.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1368219.htm

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：FengLi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《ACSMacroLetters》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ToshifumiSatoh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：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1424673.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1424673.htm

科学家发现生产纤维素的细菌可以在类似火星的环境中生存

科学家发现生产纤维素的细菌可以在类似火星的环境中生存包括哥廷根大学科学家在内的一个国际研究小组研究了在类似火星的环境中红茶菌培养物生存的可能性。红茶菌是一种流行的饮料，它是通过使用红茶菌培养物（一种细菌和酵母的共生培养物）发酵糖化茶而制成。令人惊讶的是，尽管模拟的火星大气破坏了红茶菌培养物的微生物生态，但一种产生纤维素的细菌物种仍然存在。该研究结果发表在《微生物学前沿》（FrontiersinMicrobiology）杂志上。2014年，在欧空局的帮助下，从事"生物和火星实验"（BIOMEX）项目的研究人员将红茶菌培养物发射到国际空间站（ISS）。该项目目的是为了更好地了解纤维素作为生物标志物的弹性，红茶菌的基因组结构，以及它的地外生存行为。这些样品在地球上被重新激活，并在国际空间站外的模拟火星条件下培养了一年半之后，又进行了两年半的培养。哥廷根大学兽医研究所所长BertramBrenig教授与来自巴西米纳斯吉拉斯州立大学的研究人员一起工作，负责对重新激活的培养物和单个红茶菌培养物的元基因组进行测序和生物信息分析。“根据我们的元基因组分析，我们发现模拟的火星环境极大地破坏了红茶菌培养物的微生物生态。然而，我们惊讶地发现，Komagataeibacter属的纤维素生产细菌幸存下来。”这些结果表明，细菌产生的纤维素可能是它们在地外条件下生存的原因。这也提供了第一个证据，表明细菌纤维素可能是地外生命的生物标记，而纤维素基的膜或薄膜可能是保护生命和在地外定居点生产消费品的良好生物材料。这些实验的另一个有趣的方面可能是开发新的药物输送系统，例如，开发适合在太空使用的药物。另一个重点是调查抗生素抗性的变化：研究小组能够表明，抗生素和金属抗性基因的总数--意味着尽管环境中存在抗生素或金属，这些微生物仍可能存活--在暴露的培养物中得到了丰富。科学家们说：“这一结果表明，未来应特别关注太空医学中与抗生素抗性有关的困难。”...PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1302647.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1302647.htm