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

中山大学团队发现编织晶界 研究成果在《自然》杂志发表

中山大学团队发现编织晶界研究成果在《自然》杂志发表“做一张更高效、更可靠、更耐用的分离膜，这是我们的出发点。”中山大学化学学院郑治坤教授团队成功制备出高韧性、高弹性、高机械强度的二维晶体薄膜，并报告了一种利用牺牲性小分子结构导向剂导向相邻晶畴形成编织晶界结构的制备方法，有望扩展晶体膜在分离、光电、柔性器件等领域的应用。相关成果近日刊发在《自然》杂志。论文截图。本文图片均由中山大学提供晶界是晶体内部的缺陷结构，通常，天然和合成晶态材料是由多个单晶晶畴连接到一起，其间的大量晶界制约着材料的机械稳定性。这一影响在由单层原子或少数原子层构成的二维晶体中格外严重，一个线性晶界就将导致二维晶体薄膜的断裂。此外，如同木材刚劲则容易折断、柔软则难以承重，二维晶体的机械强度与韧性往往相互制约。在该研究中，团队在制备二维晶体聚合物时加入牺牲性导向试剂，以线性聚合物为“梭”，利用其自发缠绕、穿插的特性，将二维聚合物编织起来，形成编织晶界。待晶界形成，线性聚合物又会随排异的结晶过程自动离开。进一步实验表明，这种全新晶界结构——编织晶界连接形成的晶态聚合物膜具有高韧性、高弹性和高机械强度的特点，其抗压性能接近铝合金和黄金。当材料受力断裂时，裂纹不扩展，且不影响裂纹附近膜的机械性能。编织晶界聚合物均孔膜合成示意图。郑治坤教授表示，这为二维晶体材料在柔性器件和分离膜方面的应用奠定了基础。柔性材料可用于生产柔性显示器、柔性电池、柔性传感器等；膜分离技术则已普遍用于化工、环保、生物工程等领域。与常规膜分离相比，全结晶的聚合物膜有望以更高效率分离出更高纯度的物质。郑治坤教授指导博士生杨永航做实验。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1432469.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1432469.htm

《侏罗纪公园》剧情成真：麻省理工学院创造出用于储存 DNA 的合成琥珀

《侏罗纪公园》剧情成真：麻省理工学院创造出用于储存DNA的合成琥珀DNA保存技术的进步在电影《侏罗纪公园》中，科学家提取了在琥珀中保存了数百万年的DNA，并用它创造了早已灭绝的恐龙种群。麻省理工学院的研究人员部分受这部电影的启发，开发出一种玻璃状、类似琥珀的聚合物，可用于长期存储DNA，无论是整个人类基因组还是照片等数字文件。目前大多数储存DNA的方法都需要冷冻温度，因此需要消耗大量能源，在世界上许多地方都不可行。相比之下，新型琥珀状聚合物可以在室温下储存DNA，同时保护分子不受热量或水的破坏。研究人员证明，他们可以用这种聚合物存储编码《侏罗纪公园》主题音乐的DNA序列以及整个人类基因组。他们还证明，DNA可以很容易地从聚合物中取出，而不会对其造成损坏。简化DNA保存技术前麻省理工学院博士后詹姆斯-巴纳尔（JamesBanal）说："冷冻DNA是保存DNA的首要方法，但这种方法非常昂贵，而且无法扩展。我认为，我们的新保存方法将成为一种可能推动未来在DNA上存储数字信息的技术"。巴纳尔和麻省理工学院A.ThomasGeurtin化学教授杰里迈亚-约翰逊（JeremiahJohnson）是这项研究的资深作者，他们的研究成果于6月12日发表在《美国化学学会学报》（JournaloftheAmericanChemicalSociety）上。麻省理工学院前博士后ElizabethPrince和麻省理工学院博士后HoFungCheng是论文的主要作者。麻省理工学院的研究人员设计出了一种将DNA封装到一种名为交联聚苯乙烯的热固性聚合物中的方法。DNA被嵌入聚合物后，可以通过用半胱胺处理聚合物再次释放出来。图片来源：研究人员提供探索新的DNA编码方法DNA是一种非常稳定的分子，非常适合存储海量信息，包括数字数据。数字存储系统将文本、照片和其他类型的信息编码为一系列0和1。同样的信息可以通过构成遗传密码的四种核苷酸编码到DNA中：例如，G和C可用来表示0，而A和T则表示1。DNA提供了一种高密度存储数字信息的方法：从理论上讲，一个装满DNA的咖啡杯就可以储存全世界的数据。DNA还非常稳定，合成和排序也相对容易。2021年，巴纳尔和他的博士后导师、麻省理工学院生物工程教授马克-巴特（MarkBathe）开发出一种将DNA储存在二氧化硅颗粒中的方法，这些颗粒可以贴上标签，显示颗粒中的内容。这项工作促成了名为"CacheDNA"的衍生公司的诞生。这种储存系统的一个缺点是，将DNA嵌入二氧化硅颗粒需要几天的时间。此外，从颗粒中移除DNA需要氢氟酸，而氢氟酸会对处理DNA的工人造成危害。用于DNA存储的创新聚合物设计为了找到替代存储材料，巴纳尔开始与约翰逊及其实验室成员合作。他们的想法是使用一种被称为可降解热固性的聚合物，这种聚合物在加热时会形成固体。这种材料还包括易于断裂的可裂解链节，使聚合物能够以可控的方式降解。约翰逊说："有了这些可解构热固性塑料，根据我们在其中加入的可裂解键，我们可以选择如何降解它们。"在这个项目中，研究人员决定用苯乙烯和一种交联剂来制造热固性聚合物，它们共同形成了一种琥珀色的热固性聚合物--交联聚苯乙烯。这种热固性聚合物还具有很强的疏水性，因此可以防止水分进入并破坏DNA。为了使这种热固性物质可以降解，苯乙烯单体和交联剂与称为亚硫酰内酯的单体共聚。通过使用一种名为半胱胺的分子对其进行处理，可以切断这些连接。T-REX方法：DNA储存的新方法由于苯乙烯非常疏水，研究人员必须想出一种方法来诱导DNA（一种亲水性、带负电荷的分子）进入苯乙烯。为此，他们找到了三种单体的组合，并将其转化为聚合物，通过帮助DNA与苯乙烯相互作用来溶解DNA。每种单体都有不同的特性，它们通力合作，使DNA离开水进入苯乙烯。在那里，DNA形成球形复合物，带电的DNA位于中心，疏水基团形成与苯乙烯相互作用的外层。加热后，这种溶液会变成玻璃状的固体块，其中嵌入DNA复合物。研究人员将他们的方法命名为T-REX（热固性强化湿保存）。研究人员说，将DNA嵌入聚合物网络的过程需要几个小时，但随着进一步优化，这个时间可能会缩短。为了释放DNA，研究人员首先加入半胱胺，半胱胺会裂解将聚苯乙烯热固性材料连接在一起的键，将其分解成小块。然后，再加入一种名为SDS的洗涤剂，这样就能在不损坏聚苯乙烯的情况下将DNA从聚苯乙烯中分离出来。DNA存储技术的未来研究人员利用这些聚合物证明，他们可以封装不同长度的DNA，从几十个核苷酸到整个人类基因组（超过50000个碱基对）。除了《侏罗纪公园》的主题音乐外，他们还能存储编码《解放奴隶宣言》和麻省理工学院徽标的DNA。在对DNA进行存储和移除之后，研究人员对其进行了测序，发现没有引入任何错误，这是任何数字数据存储系统的关键特征。研究人员还发现，这种热固性聚合物可以在高达75摄氏度（167华氏度）的温度下保护DNA。目前，他们正在研究如何简化聚合物的制作过程，并将其制成胶囊，以便长期储存。对个性化医疗和未来研究的影响CacheDNA是由Banal和Bathe创办的一家公司，Johnson是该公司科学顾问委员会的成员。他们设想的最早应用是存储用于个性化医疗的基因组，他们还预计，随着未来更好技术的开发，这些存储的基因组可能会被进一步分析。"我们的想法是，为什么不永远保存生命的主记录呢？巴纳尔说。"10年或20年后，当科技的进步远远超出我们今天的想象时，我们可以了解到越来越多的东西。我们对基因组及其与疾病的关系的了解还处于起步阶段。"编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1436098.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1436098.htm

科学家捕捉到光驱动聚合物的蛛丝马迹

科学家捕捉到光驱动聚合物的蛛丝马迹高速原子力显微镜与激光照射系统相结合，用于原位实时观察偶氮聚合物的变形过程。资料来源：大阪大学偶氮聚合物是一种光活性材料，这意味着当光线照射到它们时，它们会发生变化。具体来说，光线会改变它们的化学结构，从而改变薄膜的表面。这使得它们在光学数据存储和提供光触发运动等应用中颇具吸引力。能够在捕捉图像的同时用聚焦激光引发这些变化被称为原位测量。"通常，研究聚合物薄膜的变化时，需要对其进行处理，例如用光照射，然后进行测量或观察。然而，这只能提供有限的信息，"该研究的第一作者KeishiYang解释说。"使用高速原子力显微镜（HS-AFM）装置，包括一台带激光器的倒置光学显微镜，使我们能够触发偶氮聚合物薄膜的变化，同时以高时空分辨率对其进行实时观测。"(a）与激光辐照系统集成的高速原子力显微镜概述b）偶氮聚合物变形的高速原子力显微镜图像。资料来源：美国化学学会高速原子力显微镜测量能够以每秒两帧的速度跟踪聚合物薄膜表面的动态变化。研究还发现，所使用的偏振光的方向会对最终的表面图案产生影响。利用原位方法进行的进一步研究有望深入了解光驱动偶氮聚合物变形的机理，从而最大限度地发挥这些材料的潜力。该研究的资深作者TakayukiUmakoshi说："我们已经展示了观察聚合物薄膜形变的技术。不过，在此过程中，我们展示了将尖端扫描HS-AFM和激光源结合起来，用于材料科学和物理化学的潜力"。对光有反应的材料和过程在化学和生物学的多个领域都很重要，包括传感、成像和纳米医学。原位技术为加深理解和最大限度地发挥潜力提供了机会，因此有望应用于各种光学设备。编译自/scitechdaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1423710.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1423710.htm

光滑的疏水性涂层可防止细菌在马桶上存留

光滑的疏水性涂层可防止细菌在马桶上存留在MustafaSerdarOnses教授的带领下，土耳其埃尔吉耶斯大学的科学家团队着手开发一种将疏水性（防水）聚合物接枝到瓷器等表面上的新方法。尽管已经有一些方法可以做到这一点，但这样做的工序复杂，并且涉及有毒溶剂的使用，因此不利于在日常用品上使用。考虑到这些缺点，Onses和同事首先在球磨机中研磨一种称为聚二甲基硅氧烷(PDMS)的疏水性硅油，时间长达一小时。在整个过程中，聚合物油受到高速移动的小碳化钨球的轰击。这个过程破坏了一些化学键，形成新的分子。随后，当将研磨后的PDMS在室温下涂在已消毒马桶的一侧时，它会在不到一小时内嫁接到瓷器上，形成所谓的“耐用油性层”。研究人员通过将无菌人尿（混有大肠杆菌和金黄色葡萄球菌）倒入马桶中来测试涂层。不仅碗的经过处理的一侧对液体的排斥力更大，而且当擦拭两侧时，发现与未处理的一侧相比，有涂层的一侧可以抑制99.99%的细菌生长。在另一项实验中，涂层使左侧的马桶比右侧未经处理的马桶更滑研磨后的PDMS涂层透明、无色，不需要有毒溶剂，而且据报道其制造成本低廉。有关该研究的论文最近发表在《ACSAppliedMaterials&Interfaces》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1400733.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1400733.htm

新研发的双面智能纺织纤维兼具导电性和柔韧性

新研发的双面智能纺织纤维兼具导电性和柔韧性这种单股纤维兼具棉花的柔韧性和一种名为聚苯胺的聚合物的导电性。在可穿戴电子纺织品方面显示出良好的潜力。华盛顿州立大学的研究人员在《碳水化合物聚合物》（CarbohydratePolymers）杂志上详细介绍了他们的研究成果。一面是棉花，另一面是导电聚合物图/华盛顿州立大学聚苯胺与棉纤维素结合在一起后会太脆，无法单独形成可用的纤维。也就是说，这两种材料并不是简单地混合成一种同质混合物。如果是这样，聚苯胺就会被稀释到失去导电性的程度。为了解决这个问题，西悉尼大学的研究人员将从回收的T恤衫中提取的棉纤维素溶解到一种溶液中，并将导电聚合物溶解到另一种单独的溶液中。然后将这两种溶液并排合并在一起，挤出材料制成一根纤维。在这项研究中，WSU团队努力克服将导电聚合物与棉纤维素混合的难题。聚合物是一种具有重复模式的大分子物质。在这种情况下，研究人员使用了聚苯胺（又称PANI），这是一种具有导电性能的合成聚合物，已被用于印刷电路板制造等应用中。结果显示界面结合良好，这意味着不同材料的分子在拉伸和弯曲过程中都能保持在一起。首席科学家刘航正在处理一卷材图/料华盛顿州立大学的DeanHare"我们将一种纤维分为两部分：一部分是传统的棉花：柔韧性和强度足以满足日常使用，而另一面则是导电材料，"该研究的通讯作者、西悉尼大学纺织品研究员刘航说。"棉花可以支撑导电材料，而导电材料可以提供所需的功能。"虽然还需要更多的开发工作，研究人员的想法是将这样的纤维集成到服装中，作为带有柔性电路的传感器贴片。这些补丁可以成为消防员、士兵或处理化学品的工人制服的一部分，以检测是否接触到危险物质。其他应用还包括健康监测或运动衬衫，它们比目前的健身监测器能做得更多。刘航副教授领导的研究论文最近发表在《碳水化合物聚合物》杂志上。这项研究的其他作者包括第一作者刘旺成、赵子辉、梁丹、钟伟红和张金文。这项研究得到了美国国家科学基金会和沃尔玛基金会项目的支持。刘说："现在已经有一些智能可穿戴设备，比如智能手表可以跟踪你的运动和人体生命体征，但我们希望将来你的日常服装也能实现这些功能。时尚并不像很多人认为的那样只是颜色和款式，时尚就是科学。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1403673.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1403673.htm