化学家创造了世界最细的“意大利面”
BALI @ 2024.11.23 , 07:04 上午科学家用面粉电纺出372纳米宽的“纳米面条”，或将推动医学和工业新突破。
使用扫描电子显微镜创建的图像。因为“意面”太细，以至于任何形式的可见光相机或显微镜都无法清晰地捕捉到。
由伦敦大学学院(UCL)领导的研究团队创造了世界最细的“意大利面”，其直径比人类头发细约200倍。这种“意大利面”并非为食物设计，而是因为极细的材料纤维(称为纳米纤维)在医学和工业中用途广泛。
研究显示，由淀粉制成的纳米纤维，因其来源于绿色植物储存多余葡萄糖的产物，具有极大潜力。这些纤维可用于促进伤口愈合的敷料(纳米纤维垫透气性高，能让水分进出却阻隔细菌)、骨再生的支架以及药物递送。然而，这些用途需要从植物细胞中提取并纯化淀粉，而这一过程消耗大量水和能源。
研究人员提出更环保的方法是直接从富含淀粉的原料(如面粉)中制造纳米纤维，而面粉正是意大利面的基础。
在《Nanoscale Advances》发表的新论文中，团队描述了一种称为静电纺丝的技术，利用电荷将面粉和液体的混合物从针尖拉出，从而制成直径仅372纳米的“意大利面”。这一研究由Beatrice Britton作为她在UCL化学专业硕士期间的课题完成。
研究共同作者Adam Clancy博士(UCL化学系)表示：“制作意大利面通常是将水和面粉的混合物通过金属孔挤出。在我们的研究中，改为通过电荷拉出这混合物，虽然尺寸微小，但本质就是意大利面。”
团队在论文中提到，已知的次细面条是撒丁岛努奥罗市一位面点师手工制作的“神之丝”(su filindeu)，其宽度约400微米，比新型静电纺丝面条宽1000倍。静电纺丝面条仅372纳米，甚至比某些光波长还窄。
这种新型“纳米意大利面”形成了约2厘米宽的纳米纤维垫，尽管整体可见，但单根纤维因过细无法被普通光学显微镜捕捉，其宽度需通过扫描电子显微镜测量。
UCL药学院的Gareth Williams教授指出：“淀粉纳米纤维因其高度多孔性在伤口敷料中很有潜力。此外，它们模仿细胞外基质(细胞用以支撑自身的蛋白和分子网络)，正在被探索用于组织再生支架。”
Clancy博士补充道：“淀粉是一种丰富且可再生的材料，是地球上仅次于纤维素的第二大生物质来源，且可生物降解，能够在人体内分解。”
然而，淀粉的提纯过程复杂。研究显示，用面粉制作纳米纤维是一种更简单的方式。下一步是研究这些纤维的性质，例如分解速度、与细胞的相互作用，以及是否能大规模生产。
Williams教授还笑言：“遗憾的是，这种纤维不能用作食物，因为它在锅里不到一秒就会煮烂。”
在静电纺丝技术中，混合物所在的针头和金属板分别充当电池的两极。电荷的应用使混合物从针头流向金属板，完成电路。
相比纯淀粉，用富含淀粉的原料(如白面粉)进行静电纺丝更具挑战，因为蛋白质和纤维素等杂质会增加混合物的黏度，影响纤维的形成。
研究人员选择使用面粉和甲酸而非水，因甲酸能分解淀粉的螺旋结构。螺旋层粘在一起时体积过大，无法成为纳米纤维的构建模块(烹饪时淀粉发生的变化与甲酸相似，使意大利面更易消化)。
甲酸在纤维飞向金属板的过程中蒸发。研究还需将混合物加热数小时后缓慢降温，以确保其黏度适中。
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