你能现象用羊毛来做塑料制品吗？下图的塑料盒子便是羊毛“变成”的。这种塑料薄膜均匀、透明且连贯，其厚度范围可以从亚微米级拓展到150微米。

（图源：Matter）

将羊毛变为生物塑料，是意大利技术研究院团队的一项新成果。这种生物塑料具备柔性、可独立成型等特点，意味着通过羊毛有望造出可持续性塑料替代品。

研究中，课题组开发出一种角蛋白稳定化处理的新技术，即通过水基迈克尔加成的化学反应来实现蛋白质稳定化，日前相关论文发表于 Matter。

这种方法通过构建块双键与角蛋白巯基之间的硫醇基迈克尔加成反应，将构建块接枝到完全展开的角蛋白上，从而针对角蛋白结构进行重编程。

经过重编程之后的蛋白拥有了一些新功能。具体来说：与聚乙二醇甲基醚甲基丙烯酸酯接枝后，可以形成热塑性角蛋白；与聚乙二醇二甲基丙烯酸酯接枝之后，蛋白韧性得到提高。这种材料完全基于生物，具有较好的柔韧性，并优于其他所有的再生角蛋白材料。

与此同时，相关反应在室温之下就能发生，并且所使用的水溶液与萃取时相同，无需额外步骤。

研究团队证明：通过水基提取的方法，结合高效的迈克尔加成化学反应，能将原本易碎的角蛋白转化为具有可定制性能的材料。这里的“可定制”指的是：新材料的特性可以是柔韧且具备热塑性的，也可以是坚韧且柔韧的，甚至可以是完全生物基的、坚固的且类似于塑料的。

（图源：Matter）

据了解，全球每年生产超过250万吨羊毛，其中60%用于制作服装。然而，其中很大一部分最终会成为废料，包括从屠宰场获得的低级羊毛和边角料，这些边角料不会进入纺织行业。与此同时，纺织制造过程中也会留下一些边角料。

全世界每年还会产生65公吨富含角蛋白的羽毛废料。无论是羊毛废料还是羽毛废料，它们都富含大量易于获取的生物质，这些废料中90%以上的成分都是角蛋白。

此前，人们在管理这些废物的时候往往采取填埋法和焚烧法，但这两种方法不仅不会带来任何益处，还会引发环境问题。

但是，羊毛中的角蛋白材料通常较脆，这是限制其获得应用的主要因素之一。与淀粉等生物基材料以及明胶等其他类型的蛋白质相比，羊毛的加工难度也更大

尽管此前已经有人针对羊毛提出了加工策略，但是仍然存在一定不足。基于此，该团队提出了这种新型角蛋白稳定化方法。

研究中，课题组进行了接枝反应，一旦蛋白质可以重新折叠，便对其二级结构进行重编程，从而创造出新一代的工程蛋白。

在再生过程之中，当角蛋白自我组装成为固体材料时，它将具有一些新的特性，这些特性的形成取决于添加到角蛋白中的构建块类型以及工程蛋白的结构。

一方面，将聚乙二醇与蛋白质共价结合可以防止相分离和浸出，从而能够形成均质材料。另一方面，接枝到半胱氨酸之上，可以防止再生角蛋白形成高度二硫键交联，从而减轻其硬度和脆性。

因此，全新设计出来的蛋白质并不仅仅是两种成分的简单相加。

该团队透露，这是全球首次采用这种方法来制备用于结构用途的角蛋白材料，也是首次利用再生角蛋白来获得热塑性以及塑性变形等特性。此外，这也是课题组首次尝试将这一概念用于蛋白质工程。

研究中，他们选择了美利奴羊毛，这种羊毛不仅角蛋白含量较高，而且半胱氨酸残基十分丰富，同时其分子量大于鸡毛等其他富含角蛋白的天然材料。课题组发现，使用美利奴羊毛非常有助于简化实验流程，利用这种羊毛他们证实了本次策略的有效性，未来也能用于其他角蛋白材料之中。

新闻来源：DeepTech深科技

记    者：叶家余

编    辑：卢婷婷

主    编：陈    鑫

总编辑：余师亮

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