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“真菌幽灵”!新型合成黑色素可抵御辐射和毒素,用于皮肤保护和涂层

Evelyn Zhang

美国伊利诺斯州西北大学(Northwestern University)的一项新研究中,科学家们合成了一种新型黑色素,可以帮助保护人类皮肤和织物等免受毒素和辐射的伤害。

选择性多孔材料一直是化学家和材料科学家们感兴趣的领域。由内森·詹内斯基(Nathan Gianneschi)领导的西北大学研究小组,对合成黑色素的方法进行了研究。研究要求这些黑色素能够模仿那些在极端恶劣环境中生长的真菌的行为,比如宇宙飞船、洗碗机里,甚至是受辐射的切尔诺贝利核电站。

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超出他们预期的是,这种新材料竟然还表现出了高孔隙度,这使得它们能够捕获和保持分子。

黑色素存在于多种生物体内。对人类来说,它主要存在于我们的皮肤和眼睛后部。在人类皮肤中,就像在其他动物和植物中一样,黑色素也可以从视觉上观察到色素。

黑色素看着让人讨厌,但其实却能保护物种免受高温和毒素等环境因素的影响,这一作用却一直被忽略。这种物质在人类皮肤中确实起着“游离基清除剂”(radical scavenger)的作用,有助于保护皮肤免受紫外线的伤害。

他们的新研究创造了一种令人难以置信的多孔材料。据研究人员补充称,真菌可能会使它们合成的黑色素更持久和多孔,从而让材料轻松通过。

上述研究题为“Allomelanin: A Biopolymer of Intrinsic Microporosity”,发表在3月5日最新一期的《美国化学学会杂志》(JACS)上。

这种新的合成材料,为许多潜在的应用开辟了一条道路:传统的无孔材料,只允许在表面吸附材料。另一方面,像异黑素(allomelanin)这样的多孔物质——真菌中发现的一种无氮型黑色素——可以吸收并保留潜在的有毒物质,同时让有益物质如空气和水通过。

研究人员发现,在适当的条件下,在电子显微镜下观察到的黑色素,似乎是在一定条件下孔洞填充的缺口。他们对合成材料做了同样的观察试验——检查其孔隙率和对吸附材料的选择性。这样的“机智”特性,显然非常有用武之地。

在一次人工合成黑色素的演示中,研究人员指出,这种材料可以作为一种保护层,阻止神经毒气的促发和产生。然后,研究人员从真菌细胞中分离出自然产生的黑色素,蚀刻掉生物材料,留下一个含有黑色素的外壳——“真菌幽灵”(fungal ghosts)。因其空洞、幽灵般的性质,科学家们这样来进行了命名。

这种新材料的另一个好处是它简单、容易生产、高度可扩展。它使这种材料成为一种可行的替代保护设备,如面罩、盾牌和航天器制造。

译/前瞻经济学人APP资讯组

参考资料:https://www.sciencetimes.com/articles/30026/20210307/fungal-ghosts-new-synthetic-melanin-shield-radiation-toxins.htm


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