Dzięki badaniom prowadzonym przez Uniwersytet w Leeds bezolejowy supersmar wyprodukowany z białek ziemniaczanych może utorować drogę do zrównoważonej inżynierii i zastosowań biomedycznych.
Zespół twierdzi, że przełomowy materiał wodny może osiągnąć doskonałą smarowność lub niemal zerowe tarcie, naśladując działania występujące w biologii, takie jak działanie płynu stawowego, który łączy chrząstkę w stawach człowieka.
Do tej pory badacze nie byli w stanie opracować przyjaznego dla środowiska, wydajnego i funkcjonalnego wodnego środka smarnego. Wiele, jeśli nie większość, wodnych środków smarnych wykorzystuje materiały, które są niemal wyłącznie uzyskiwane z chemii syntetycznej.
Interdyscyplinarny zespół, w którego skład weszli naukowcy z University of Leeds School of Food Science and Nutrition, Weizmann Institute of Science w Izraelu, King’s College London i INRAE we Francji, wykorzystał alternatywne białka, takie jak białko ziemniaczane, jako przyjazne dla środowiska elementy konstrukcyjne, które mogą być pozyskiwane naturalnie jako produkt uboczny i mają mniejszy ślad węglowy. Wyniki ich badań opublikowano dzisiaj w czasopiśmie Materiały komunikacyjne.
Główna autorka pracy, Anwesha Sarkar, profesor koloidów i powierzchni w Szkole Nauki o Żywności i Żywieniu w Leeds, powiedziała: „To rewolucyjne paradygmat inżynierii materiałowej w zastosowaniach biomedycznych i kamień milowy na drodze do uzyskania w pełni zrównoważonych, roślinnych, wodnych materiałów smarujących.
„Stworzyliśmy samoorganizujący się układ protofilamentów na bazie białek roślinnych z biopolimerowymi hydrożelami o niejednolitej strukturze.
„Łącząc wieloskalowe pomiary eksperymentalne z symulacjami dynamiki molekularnej, nasze bezprecedensowe wyniki ujawniają, w jaki sposób można wytworzyć samoorganizację przy użyciu białek roślinnych, aby zapewnić supersmarowność poprzez smarowanie hydratacyjne”.
Pierwsza autorka pracy, Olivia Pabois, adiunkt w Szkole Nauk o Żywności i Żywieniu w Leeds, powiedziała: „To, co stworzyliśmy, może być następną generacją inżynieryjnych materiałów biomedycznych do zastosowań w takich materiałach, jak sztuczny płyn stawowy, łzy i ślina.
„Można go również stosować do żywności niskokalorycznej, w której można uzyskać produkty o niskiej zawartości tłuszczu bez utraty tłustego smaku odpowiedników o wyższej zawartości tłuszczu”.
Naukowcy korzystali z urządzeń Instytutu Naukowego Weizmanna w Izraelu, gdzie mieli dostęp do najnowocześniejszych technik pomiaru sił powierzchniowych i mogli badać morfologię powierzchni i nanotribologię środków smarnych.
Profesor Jacob Klein dodał: „Publikacja tej ekscytującej pracy jest ukoronowaniem kontaktów z profesorem Sarkarem, które rozpoczęły się w 2019 r. i jest doskonałym przykładem międzynarodowej współpracy, w której całościowe osiągnięcie jest znacznie większe niż suma jego części”.
Profesor Chris Lorenz z King’s College London skomentował: „Jako część interdyscyplinarnego zespołu kierowanego przez profesora Sarkara, mogliśmy połączyć naszą wiedzę specjalistyczną w zakresie symulacji dynamiki molekularnej z wiedzą eksperymentalną innych grup, aby powiązać szczegóły skali molekularnej tego fascynującego środka smarnego na bazie białka roślinnego z jego niezwykłymi właściwościami smarnymi.
„W rezultacie, dzięki możliwości ilościowego określenia interakcji, które rządzą montażem białek roślinnych i hydrożelu, a także absorpcją tego środka smarującego na powierzchniach, otwieramy drzwi do potencjalnego odblokowania zdolności do racjonalnego projektowania samoorganizujących się struktur materiałów naturalnych, które optymalizują ich właściwości smarujące”.
Dr Marco Ramaioli z INRAE France dodał: „Bardzo się cieszę, że mogłem przyczynić się do tego obiecującego badania, które idealnie wpisuje się w cele INRAE, polegające na stworzeniu podstaw zrównoważonej gospodarki opartej na biomasie, zastępującej materiały i energie oparte na paliwach kopalnych ich odpowiednikami opartymi na biomasie”.
