Toidu ja pehmete materjalide teaduse professor Raffaele Mezzenga juhtis teadlaste meeskonda, mis valmistas grafeenist ja valgu peenkiust uue nanokomposiidi, milles on ühendatud mõlema koostisosa parimad omadused.
Raffaele Mezzenga demonstreeris teadusuudisteportaalile Phys.org ettevaatlikult ringikujulisi läikivmusti lehti. Väikest paberitükki vaadates võib vaevu kujutleda, et see koosneb uudsest enneolematute ja ainulaadsete omadustega nanokomposiiti. Uue „paberi“ valmistamisel laoti üksteise otsa vahelduvalt valgu ja grafeeni kihte. Kaht koostisosa on võimalik erinevatel viisidel kihistada, lahusesse asetada ja läbi vaakumfiltri õhukesteks lehtedeks kuivatada. Mezzenga sõnul on see protsess „sarnane tavalise paberi toomisega tselluloosist. Erinevate ebatavaliste omadustega ainete ühendamine annab tulemuseks uudse nanokomposiidi, millel on suuri eeliseid.“ Näiteks on kõnealune aine tervenisti biolagunev, kirjutab Phys.org.
Lõplik proteiinifibrillidest ja grafeenist valmistatud hübriid-nanokomposiitpaber peale kuivatamist vaakumfiltreerimise meetodil. Skemaatiliselt on kujutatud etapid, mida teadlased grafeeni ja valgu peenkiudude ühendamiseks kasutasid nanokomposiitpaberi valmistamiseks. Pilt: Li jt, Nature Nanotechnology, 2012
„Grafeenpaberil“ on kujumälu
Grafeen on loomult mehaaniliselt tugev, elektrit juhtiv ja ülimalt vett-tõrjuv aine. Teisest küljest on valgukiud bioloogiliselt aktiivsed ning nad on võimelised vett siduma. See võimaldab uuel ainel imada vett ja muuta kuju erineva niiskusastmega tingimustes. Enamgi veel, „grafeenpaberil“ on seesugused kujumälu omadused, et see võib vett imades deformeeruda ja kuivades oma esialgse kuju taastada. Seda omadust võiks kasutada näiteks veesensorite või niiskuskäivitajate tarbeks.
„Kõige huvitavam omadus on aga see, et me saame seda ainet kasutada biosensorina ensüümide aktiivsuse täpseks mõõtmiseks,“ väitis Mezzenga. Ensüümid seedivad ja lagundavad valgukiude, muutes komposiitaine vastupidavust. See on aga mõõdetav suurus, kui grafeenpaber ühendatakse elektrilisse vooluringi. „See omadus on minu jaoks kõige ilusam koht kogu loo juures. Selle vaatenurga alt vaadatuna võiksime väita, et oleme avastanud uue üldmeetodi ensümaatilise aktiivsuse mõõtmiseks,“ sõnas Mezzenga.
Kõnealust ainet on võimalik kavandada ka teiste vajaduste rahuldamiseks. Näiteks – mida suurem on grafeeni osakaal, seda paremini see aine elektrit juhib. Teisest küljest suureneb valgukiu osakaalu tõstmisel aine vee imavuse võime koos võimendatud deformatsiooniga niiskuse muutumisel.
Huvitaval kombel on uut ainet võimalik valmistada suhteliselt lihtsate vahenditega. Esmalt denatureeritakse kõrgetel temperatuuridel happelahuses proteiin, käesoleval juhul piimavalk beeta-laktoglobuliin. Denatureerimisprotsessi lõpptulemuseks on proteiini peenkiud. Need kiud stabiliseerivad vett-tõrjuvaid grafeenilehti ja võimaldavad neid vees hajutada ja töödelda nanokomposiitseks lihtsa filtreerimistehnika abil.
Kontseptsiooni on võimalik laiendada
Valkude laialdase kalduvuse valguses moodustada fibrille, on seda kontseptsiooni võimalik kindlatel tingimustel laiendada. Põhimõtteliselt võiks seda kasutada ka teiste toiduvalkude puhul, näiteks munades, vereseerumis ja sojas leiduvate proteiinidega. Käesolevas uurimustöös kasutatud beeta-laktoglobuliinide seedimise eest vastutab pepsiin – maos leiduv ensüüm, mis võimaldab mitme toiduaine seedimist. Valgutüüpide varieerimine võiks viia uue meetodini, mille sihtgrupiks on palju suurem ensüümide klass.
Inspireerituna oma varasemast uurimustööst amüloidfibrillidega, ning grafeeni osatähtsuse tõusust teadustöödes, ühendasid teadlased need kaks ehituskivi, et luua uus mitmekülgne ja funktsionaalne aineklass. „Tänapäeval pole grafeenpaber enam uudne,“ väitis Mezzenga ja jätkas: „selle uue hübriidainete klassi jaoks on kesksel kohal just ühendamine amüloid-peenkiududega.“
Teadusartikkel: „Biodegradable nanocomposites of amyloid fibrils and graphene with shape-memory and enzyme sensing properties“
Leave a Reply