受蛋白质在生物系统中调节电荷传输的自然作用的启发，来自以色列海法理工学院的研究人员利用蛋白质作为构建块，创造了一种环境友好的导电聚合物。该团队的研究结果发表在该杂志上先进的材料欧洲杯足球竞彩七月2021
来自海法以色列技术研究所的一支研究小组开发了衍生自蛋白质的透明聚合物薄膜。图片信用：Design_cells / shutterstock.com
这种创新的生物聚合物具有固有的生物相容性和生物可降解性，同时显示出优异的弹性和导电性(在生物材料中测量的最高)，这使得它非常适合生物和生物医学应用。欧洲杯足球竞彩
现代社会承认日益增长的需要来自可持续资源而不是矿物原料来源的高分子材料。欧洲杯足球竞彩不断消耗不可再生资源和环境恶化的驱动业界和学术界开发新材料时，重新考虑自己的战略。欧洲杯足球竞彩
在过去的十年中，生物基聚合物作为传统化石燃料材料的可行替代品出现在各种应用中，如增材制造、纳米技术和组织工程。欧洲杯足球竞彩
由于其可用性和独特的性质，蛋白质可以作为各种应用的可持续生物材料的可再生能源。欧洲杯足球竞彩生物基蛋白质聚合物可以源自各种可再生原料，包括农产品（例如玉米或大豆），诸如藻类或食物废物等替代来源，或来自现有的侧流产品（或副产品）工业过程。
蛋白质通常表现出合成材料无法比拟的固有结构和功能复杂性。欧洲杯足球竞彩它们显著的功能来自于由相对较少的简单构件组装而成的分子结构。然而，随着时间的推移，这种复杂的结构-功能关系进化到在大多数复杂的环境条件下维持生命。
结合环境和可持续化学
通过现实生活中的蛋白质结构的启发，Nadav Amdursky博士，化学在Technion工业（以色列理工学院在海法）和他的同事Schulich商学院的助理教授开发具有成本效益的聚合过程，它依赖于天然蛋白质相互作用并且导致透明质子传导弹性体。
生物的电荷转移过程，如光合作用和有氧呼吸，构成了地球上生命的基础。蛋白质介导电荷传输(电子、质子和离子)的能力依赖于高度分层的蛋白质结构，其长度范围从纳米到毫米不等。
质子在生物膜上的定向传输是生物学中最基本的过程之一，驱动着地球上所有生命的新陈代谢。在生物系统中，质子转运途径包括结构水分子和特定氨基酸，这些氨基酸形成了能够进行远距离电荷转运的氢键网络。
灵感来自大自然的生物聚合方法
模仿自然，Amdursky博士和他的团队使用负担得起的和容易获得的牛血清白蛋白（BSA）蛋白质作为原料产生的质子传导性聚合物。
该前体BSA进行涉及该蛋白质的溶解在三氟乙醇（TFE） - 水混合物中的简单的单釜生物聚合方法（4:1体积/体积比）。
溶剂混合物有助于部分地使蛋白质变性和质子化其亲核侧链。减少在所述前体溶液的二硫键后，将其滴浇铸成其中分子间交联是通过随机地重新形成BSA分子间二硫键发起的模具。
在溶剂蒸发后形成的所得透明聚合物膜是在常用的溶剂（如乙醇，己烷，水等）的高弹性和稳定的。
在检查时，形成的BSA薄膜作为弹性体表现出具有吸引力的机械性能。在失效前，可以将聚合物膜拉伸至令人印象深刻的原始长度，而在80％菌株下的百分之百拉伸循环后没有任何性能损失。同时，弹性体表现出拉伸杨氏模量约12MPa，使其相对较强且高度弹性。
用于生物医学应用的可拉伸导电聚合物
然而，技术研究人员最兴奋的是新型聚合物的电性能。含有多个氨基酸侧链的致密，含水的半结晶聚合物（可以参与氢键网络）确保了薄膜的优异质子传导性能。
实验数据显示出大约5MSCM的质子电导率高-1即几乎两个数量级比以前报道的质子传导性的基于蛋白质的材料的电导率高的值 - 在正常条件下（室温和湿度）（每厘米毫西门子）。欧洲杯足球竞彩
BSA聚合物由于其优异的机械性能，即使在弯曲和拉伸时仍保持高度导电。蛋白质基材料的另一个优势是其表面官能团的程度，可以用于合成后的改性，以提高膜的导电性。
廉价可行的化石聚合物替代品
使用质子导电材料的迅速增长在最近几年，特别是与能源相关的应欧洲杯足球竞彩用，如燃料电池，电池和电容器。
Amdursky博士的团队设想了创新的聚合物的生物相容性和非毒性，也可以使其适用于生物医学应用。通过使用BSA蛋白质聚合物作为用于心电图和脑电图的独立弹性电极接口，在概念上验证的研究人员（取代了导电凝胶的不方便的使用）。
与大多数合成聚合物不同，新型质子导电聚合物在小于48小时内完全生物降解。由以色列科学家所使用的原料BSA蛋白废弃物来源副产品广泛牛产业在国内的，从而有利于使用成本低，可再生和可持续的原料。欧洲杯足球竞彩
参考和进一步阅读
Nandi，R.，Agam，Y.，Amdursky，N。（2021）一种用于大规模传感应用的基于蛋白质的独立质子传导透明弹性体。adv。母娘。2101208.可以在:https://doi.org/10.1002/adma.202101208
S. Mondal，等等。(2020)探索蛋白质生物聚合物的远程质子传导、传导机理和内部水化状态。化学。SCI。，11,3547-3556。可以在:https://doi.org/10.1039/c9sc04392f.
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以色列研究人员利用食物垃圾实现了多用途绿色科技的突破。(在线)www.jpost.com.可以在:https://www.jpost.com/jpost-tech/israeli-researchers-use-food-waste-for-breakthrough-multiuse-greentech-673503（访问时启动2021年8月8日）。
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