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研究团队使用了扫描电子显微镜,用聚焦的电子束扫描垫子,并根据偏转或击落的电子模式创建图像。每条单独的线太窄,无法被任何形式的可见光相机或显微镜清晰地捕捉到。图片来源:Beatrice Britton / Adam Clancy
伦敦大学学院领导的研究小组制造出了世界上最细的意大利面条,比人的头发细 200 倍左右。意大利面条并非旨在成为一种新食品,而是因为一种名为纳米纤维的极细材料在医学和工业领域有着广泛的用途。
由淀粉制成的纳米纤维(大多数绿色植物都会产生这种纤维来储存多余的葡萄糖)尤其有前景,可用于绷带以帮助伤口愈合(因为纳米纤维垫具有高度多孔性,可以让水和水分进入,但可以阻止细菌进入),作为骨再生和药物输送的支架。然而,它们依赖于从植物细胞中提取并纯化的淀粉,这个过程需要大量的能源和水。
研究人员表示,一种更环保的方法是直接从富含淀粉的成分(如面粉,这是面食的基础)中制造纳米纤维。
在《纳米尺度进展》杂志的一篇新论文中,研究小组描述了如何利用一种名为静电纺丝的技术制作出直径仅为 372 纳米(十亿分之一米)的意大利面条。在这种技术中,面粉和液体的细丝通过电荷被拉过针尖。这项工作由 Beatrice Britton 完成,她在伦敦大学学院攻读化学硕士学位期间进行了这项研究。
合著者亚当·克兰西博士(伦敦大学学院化学系)表示:“要制作意大利面条,你需要将水和面粉的混合物推过金属孔。在我们的研究中,我们做了同样的事情,只不过我们用电荷将面粉混合物拉过金属孔。它实际上是意大利面条,但要小得多。”
研究人员在论文中描述了第二薄的已知面条,称为 su filindeu(“上帝之线”),由撒丁岛努奥罗镇的面条制造商手工制作。这种面条 lunga(“长面条”)的宽度估计约为 400 微米,比新电纺面条厚 1,000 倍,后者的宽度为 372 纳米,比某些波长的光还窄。
这种新型“纳米面食”由一层直径约 2 厘米的纳米纤维组成,因此是可见的,但每根单独的纤维束都太窄,无法被任何形式的可见光相机或显微镜清晰地捕捉到,因此它们的宽度需要用扫描电子显微镜测量。
合著者 Gareth Williams 教授(伦敦大学学院药学院)表示:“纳米纤维,例如由淀粉制成的纳米纤维,由于多孔性好,具有用于伤口敷料的潜力。此外,纳米纤维正在被探索用作组织再生的支架,因为它们模拟了细胞外基质(一种由细胞为支持自身而构建的蛋白质和其他分子网络)。”
克兰西博士说:“淀粉是一种很有前途的材料,因为它储量丰富、可再生,是地球上仅次于纤维素的第二大生物质来源,而且可生物降解,这意味着它可以在体内分解。
“但纯化淀粉需要大量的加工。我们已经证明,使用面粉制造纳米纤维是一种更简单的方法。下一步将是研究这种产品的特性。例如,我们想知道它分解的速度有多快,它如何与细胞相互作用,以及是否可以大规模生产它。”
威廉姆斯教授补充道:“遗憾的是,我认为它不适合做意大利面,因为它会在不到一秒钟的时间内煮过头,然后你才能把它从锅里拿出来。”
在静电纺丝中,装有混合物的针头和放置混合物的金属板构成了电池的两端。施加电荷使混合物从针头流出到金属板上,从而完成电路。
使用富含淀粉的成分(如白面粉)进行电纺丝比使用纯淀粉更具挑战性,因为杂质(蛋白质和纤维素)会使混合物更加粘稠并且无法形成纤维。
研究人员使用面粉和甲酸而不是水,因为甲酸可以分解构成淀粉的大量螺旋结构。这是因为粘在一起的螺旋层太大,无法成为纳米纤维的组成部分。(烹饪对淀粉的影响与甲酸相同——它分解了螺旋层,使面食更易于消化。)
当面条在空中飞到金属板上时,甲酸就会蒸发。
研究人员还必须小心地将混合物加热几个小时,然后慢慢冷却,以确保其具有正确的稠度。
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纳米纤维及其应用