

想用叉子卷起世界上最细的意大利面?祝你好运。这种纳米纤维的粗细大约是人类头发的 200 倍,由伦敦大学学院(UCL)的一个团队创造。虽然它近期内不会出现在任何一家意大利餐厅的菜单上,但这项发明是在实验室里“烹制”出来的,因为纳米纤维在医学和工业设计领域有着广泛的应用。这根细小的纤维在 11 月 21 日发表于《Nanoscale Advances》杂志上的一项研究中有详细介绍。

已知最细的下一款意大利面是su filindeu——或称“神的线”——由撒丁岛努奥罗镇的一位面食匠手工制作。Su Fillindeu 的宽度估计约为 400 微米,这使得它比这种新的静电纺丝实验室产品大约厚 1000 倍。这种新制造的实验室意大利面直径为 372 纳米,比某些可见光的波长还要窄。
“可悲的是,我认为它作为意大利面没有用,因为它会在不到一秒钟内就煮过头,在你把它从锅里拿出来之前,”该研究的合著者、伦敦大学学院药物材料科学家 Gareth Williams 在一份声明中说。“
什么是纳米纤维?
纳米纤维是指直径小于 100 纳米(nm)的任何纤维状材料。一纳米等于十亿分之一米。作为参考,人类头发的宽度大约在 80,000 到 100,000 纳米之间。
由储存过量葡萄糖的淀粉类植物材料制成的纳米纤维尤其有前景。它们可以用于有助于伤口愈合的绷带,因为纳米纤维垫具有高度多孔性。这使得水分可以进入伤口,但阻止细菌进入。它还可以用作骨再生的支架,并用于将药物输送到体内。
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“此外,纳米纤维被用于再生组织的支架,因为它们模仿了细胞外基质——细胞构建以支持自身的蛋白质和其他分子网络,”Williams 说。
然而,这类纳米纤维依赖于从植物细胞中提取和纯化淀粉。提取淀粉需要大量的能源和水,因此化学家们正在寻找更有效的方法来纺制这些纳米纤维。
“淀粉是一种有前景的材料,因为它储量丰富且可再生——它是地球上仅次于纤维素的第二大生物质来源——而且它是可生物降解的,这意味着它可以在体内分解,”该研究的合著者、伦敦大学学院化学家 Adam Clancy 在一份声明中说。“但纯化淀粉需要大量处理。”
一种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。毕竟,面粉是意大利面的基础。
盐、脂肪、甲酸、热量
在这项新研究中,该团队描述了制造出直径仅为 372 纳米的意大利面。为此,他们使用了一种称为静电纺丝的技术。电荷将面粉和液体的丝线拉过针尖。这项高度精细的工作是由伦敦大学学院学生 Beatrice Britton 完成的,作为她化学硕士学位的一部分。
“制作意大利面,你需要将水和面粉的混合物通过金属孔,”Clancy 说。“在我们的研究中,我们做了同样的事情,只是我们用电荷拉出了面粉混合物。它确实是意大利面,但尺寸要小得多。”
盛有混合物的针头和接收混合物的金属板构成了电池的两极。添加电荷使混合物形成电路。它从针头流出并落在金属板上。
此外,使用白面粉等富含淀粉的原料进行静电纺丝比使用纯淀粉更具挑战性。面粉含有更多杂质——蛋白质和纤维素——这使得混合物更粘稠,无法形成纤维。
为了解决这个问题,该团队使用了面粉和甲酸而不是水。甲酸会分解构成淀粉的巨大螺旋堆——或称螺旋。酸会撕裂它们,因为粘在一起的螺旋层太大,无法成为纳米纤维的构建块。烹饪产生的热量对淀粉的作用与甲酸类似。它会撕裂螺旋层,使意大利面易于消化。
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当面条在空中飞向金属板时,甲酸最终会蒸发。该团队还必须将混合物小心地加热数小时,然后才能缓慢冷却至正确的稠度。
这种新的“纳米意大利面”还形成了一张直径约 2 厘米(不到一英寸)的纳米纤维垫。虽然垫本身是可见的,但单根纤维太细,任何可见光相机或显微镜都无法清晰捕捉。为了测量它们的宽度,该团队使用了扫描电子显微镜。
“我们已经证明了使用面粉制造纳米纤维的一种更简单的方法是可行的,”Clancy 说。“下一步将是研究该产品的性能。例如,我们想知道它会以多快的速度分解,它与细胞如何相互作用,以及是否可以大规模生产。”