世界上最细的意大利面,比人的头发还细200倍,由UCL领导的一个研究小组创造出来。
意大利面条并不打算成为一种新的食物,而是因为极细的纳米纤维在医学和工业中的广泛用途而产生的。
由淀粉制成的纳米纤维——由大多数绿色植物产生以储存过量的葡萄糖——特别有前途,可以用于绷带以帮助伤口愈合(因为纳米纤维垫具有高度的多孔性,允许水和水汽进入,但阻止细菌进入),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淀粉并纯化,这一过程需要大量的能量和水。
研究人员说,一种更环保的方法是直接从面粉等富含淀粉的成分中制造纳米纤维,面粉是面食的基础。
在《Nanoscale Advances》的一篇新论文中,该团队描述了使用一种称为静电纺丝的技术制作直径仅为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进针尖。这项工作是由Beatrice Britton完成的,这是她UCL大学化学硕士学位的一部分。
合著者Adam Clancy博士(UCL化学)说:“要做意大利面条,你需要将水和面粉的混合物通过金属孔。在我们的研究中,我们做了同样的事情,除了我们用电荷把面粉混合物拉过来。它实际上是意大利面条,但要小得多。”
在他们的论文中,研究人员描述了第二薄的已知面食,称为su filindeu(“上帝的线”),由撒丁岛Nuoro镇的一名面食制造商手工制作。这种pasta lunga(“长的意面”)估计约400微米宽,比新的静电纺产品厚1000倍,后者为372纳米,比某些波长的光还窄。
这种新型的“纳米薄片”形成了一个大约2厘米宽的纳米纤维垫,因此是可见的,但每个单独的链都太窄了,无法通过任何形式的可见光相机或显微镜清晰地捕捉到,所以他们的宽度是用扫描电子显微镜测量的。
合著者Gareth Williams教授(伦敦大学学院药学院)说:“纳米纤维,如淀粉制成的纳米纤维,显示出用于伤口敷料的潜力,因为它们非常多孔。此外,纳米纤维正在被探索用作再生组织的支架,因为它们模仿细胞外基质——细胞为支持自身而构建的蛋白质和其他分子网络。”
Clancy博士说:“淀粉是一种很有前途的材料,因为它丰富且可再生——它是地球上第二大生物质来源,仅次于纤维素——而且它是可生物降解的,这意味着它可以在体内分解。
“但是提纯淀粉需要大量的加工过程。我们已经证明了用面粉制造纳米纤维的更简单的方法是可行的。下一步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,以及你能否大规模生产它。”
Williams教授补充道:“遗憾的是,我不认为它像意大利面一样有用,因为在你把它从锅里拿出来之前,它会在不到一秒钟的时间里煮过头。”
在静电纺丝中,包含混合物的针和混合物沉积在其上的金属板形成电池的两端。施加电荷使混合物从针中流出,流到金属板上,从而形成完整的电路。
使用富含淀粉的成分(如白面粉)进行静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,无法形成纤维。
研究人员使用面粉和甲酸而不是水,因为甲酸会破坏构成淀粉的巨大螺旋堆。这是因为粘在一起的螺旋层太大,无法成为纳米纤维的构建模块。(烹饪对淀粉的影响与甲酸相同——它打破了螺旋层,使意大利面易于消化。)
当面条在空气中飞向金属盘时,甲酸就会蒸发。
研究人员还必须小心地加热混合物几个小时,然后慢慢冷却,以确保它是正确的稠度。
主要作者和化学MSci学生Beatrice Britton说:“我真的很喜欢调整变量的迭代过程,并观察这如何改变混合物。这是一次反复试验——我没想到我会形成纤维,但我做到了。感谢Adam和Gareth的帮助,感谢他们乐于回答我的问题。”