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合成产生的黑色素在应用于织物时可用作毒素吸附剂阜新

圣菲机械网 2022-08-01 16:30:54

合成产生的黑色素在应用于织物时可用作毒素吸附剂

数十年来，产生选择性多孔材料的想法已引起化学家的关注。现在，西北大学的最新研究表明，真菌可能已经做到了数百万年。

当内森·贾内斯基（Nathan Gianneschi）的实验室着手合成黑色素时，它会模仿某些已知栖息于不寻常，敌对环境中的真菌（包括宇宙飞船，洗碗机甚至切尔诺贝利）所形成的黑色素，他们最初并不认为这种材料会被证明具有高度的多孔性使材料能够存储和捕获分子。

黑色素已被发现存在于各种生物中，包括在我们的皮肤和眼睛的背面以及许多动物和植物的色素中。它还在保护物种免受环境压力的作用中。

龟头海蛇的条纹变暗，例如在有污水的情况下；生活在工业区的飞蛾会因其细胞吸收烟灰中的毒素而变黑。研究人员想知道是否可以将这种生物材料制成更像海绵的形式，以优化这些特性。而且，自然界中是否已经存在海绵状黑色素。

该研究的通讯作者吉安斯基说：“黑色素的功能并非一直都被完全了解。” “它肯定是人类皮肤中的一种自由基清除剂，可以防止紫外线的伤害。现在，通过合成，我们已经发现了这种激动人心的物质，它很可能存在于自然界中。真菌可以使这种物质增加其细胞的机械强度，但是多孔的，允许营养物通过。”

该研究报告将于3月5日（星期五）发表在《美国化学学会杂志》上。

Gianneschi是温伯格文理学院的Jacob and Rosaline Cohn化学教授。Gianneschi曾在McCormick工学院的材料科学和生物医学工程系任职，同时还是国际纳米技术研究所的副所长。

出于多种原因，在实验室中创建这种材料的能力令人鼓舞。在典型的无孔材料中，颗粒仅在表面上吸附。但是多孔材料（如Allomelanin）会吸收并保留有害的毒素，同时让诸如空气，水和营养物质之类的好物质通过。这可以使制造商制造出透气的，用于制服的保护性涂层。

Gianneschi说：“发现潜在有用的东西总是让您感到兴奋。” “但是，还有一个有趣的想法，就是通过发现这一点，生物学中可能已经存在类似的材料。化学合成导致生物学发现的例子并不多。反之则更是如此。”

实验室的研究生研究员，论文的第一作者纳尼基·麦卡勒姆（Naneki McCallum）注意到，在适当的条件下，黑色素似乎是空心的，或者可以通过电子显微镜制成黑色素。当研究小组遇到合成材料时，他们开始进行材料的孔隙率和选择性实验，以吸附这些空隙中的分子。

在一个关键的演示中，该团队与海军研究实验室的研究人员合作，证明了这种新型的多孔黑色素将起到保护涂层的作用，从而防止神经毒气模拟物通过。受此结果启发，他们从真菌细胞中分离出天然存在的黑色素。这是通过从内部蚀刻掉生物材料而完成的，剩下一个含有黑色素的壳。

他们将这些结构称为“真菌幽灵”，是因为难以捉摸的空心形状具有“ Casper”般的品质。来源于真菌的材料也可以用作织物的保护层。显着地，该材料保持透气，允许水通过，同时捕获毒素。

这种材料的另一个好处是它的简单性，因为它很容易从简单的分子前体生产并按比例缩放。将来，它可用于制造防护口罩和面罩，并有可能在长距离太空飞行中应用。太空中的涂层材料将使宇航员能够储存正在呼吸的毒??素，同时保护自己免受有害辐射的侵害，从而减少浪费和减轻重量。

这也是朝着选择性膜迈出的一步，选择性膜是一个非常复杂的研究领域，旨在吸收诸如水的化合物，并允许健康的矿物质通过，同时阻止汞等重金属。

麦卡勒姆说：“真菌可以在其他生物挣扎的地方繁衍生息，他们拥有黑色素来帮助他们做到这一点。” “因此，我们问，通过在实验室中重新创建此类材料，我们可以利用哪些属性？”

MURI通过空军科学研究所（AFOSR FA9550-18-1-0142）和美国国防部减少威胁局（HDTRA1-19-19-1-0010）支持了该研究。