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南洋理工大學科學家將超硬花粉轉化為柔性材料

2020/04/16 @國際

摘要

新加坡南洋理工大學研究團隊將向日葵花粉放置於鹼性條件之環境,成功將植物界最硬的素材之一的花粉軟化而膨脹而呈現凝膠狀質地,並將其製成軟凝膠顆粒,可用於傷口敷料、植入式電子設備、義肢等,為一款綠色永續的新環保材料。

南洋理工大學科學家將超硬花粉轉化為柔性材料

  新加坡南洋理工大學(NTU Singapore)的科學家找到了如何運用簡單的化學方法將植物界最硬材料之一的花粉變成柔軟而有彈性的軟凝膠顆粒,此項發明發表於《自然通訊》,由於其能夠響應外部刺激而改變性能,以至於超出自然性能的極限,因此研究員也建議若結合3D與4D列印技術可使以花粉為基底的粒子轉變成多種不同的形式,如建構組元的新環保材料、聚合物凝膠、”紙”片和海綿,從而達到環境的永續經營、經濟上可負擔且廣泛的應用層面,此外,以花粉為基底的微凝膠顆粒生物相容性,其不會引起人體免疫、過敏和毒性反應,因此也對於傷口敷料、義肢和植入式電子設備具應用潛力。

  由於花粉堅不可摧的特性,被科學家喻為植物界的鑽石,花粉壁內含有兩個不同組成的纖維素,外層堅硬與內層柔軟有彈性,雄性遺傳物質則被封裝於花粉之中。當釋放出花的雄性生殖結構時,花粉粒會脫水,每個花粉粒會自我折疊,反之,當花粉粒到達植物的雌性生殖結構時,其會水解並萌芽,同時花粉管產生出來並向雌性部分生長。花粉管的生長過程受花粉壁酵素的控制,該酵素改變壁的彈性並導致結構變化,這啟發NTU Singapore團隊嘗試運用類似於一般製造肥皂的方法將整個花粉壁結構與其材料性質進行改造,其將去除油基”水泥層”的向日葵花粉粒在鹼性條件下培養12小時,軟化了花粉壁兩個部分,且花粉因膨脹後變得更像凝膠,若培養時間越長,得到結果越像凝膠。在模擬系統中,研究人員也發現花粉外壁和內壁層的彈性性能必須落在精確範圍內,才能使以花粉為來源的材料表現出凝膠狀的結果。此表明在花粉粒中存在著化學與物理作用以決定是否進行水解使花粉萌芽。【延伸閱讀】新聚合物可保護低溫保存細胞免受冰晶破壞

  新加坡材料研究學會—材料科學與工程學系的Cho Nam-Joon教授表示從實驗與計算結果皆可洞悉花粉的基本生物學機制,並證明改變花粉壁結構會導致花粉粒膨脹,類似於在生物過程中發生的形狀變化,如調和機制(花粉粒折疊以防止水分流失)和發芽,且研究成果更超越了花粉粒本身的性能極限,該研究啟發了人們了對暸解花粉材料科學如何影響植物成功繁殖的未來研究。

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