Нановолокна или самые тонкие в мире спагетти, толщина которых примерно в 200 раз меньше человеческого волоса, создала исследовательская группа под руководством Университетского колледжа Лондона (UCL). Тончайшие нити, 23 ноября описанные в журнале Nanoscale Advances, находят множество применений в медицине и промышленности.

Нановолокна крахмала, производимые большинством зеленых растений для хранения избытка глюкозы, особенно многообещающи и могут быть использованы в повязках, способствующих заживлению ран. Это связано с тем, что маты из нановолокна очень пористые, пропускают воду и влагу, но не пропускают бактерии, выступая в роли каркаса для регенерации костей и доставки лекарств.

Однако их изготовление основано на извлечении крахмала из растительных клеток и его очистке — процессе, требующем много энергии и воды.

«Более экологически чистый метод — создавать нановолокна непосредственно из богатого крахмалом ингредиента, такого как мука, которая является основой макарон», — говорят исследователи.

Исследовательская группа произвела спагетти диаметром всего 372 нм, используя метод электропрядения, при котором нити из муки и жидкости протягиваются через кончик иглы под действием электрического заряда. Работу выполнила Беатрис Бриттон, которая проводила исследование в рамках своей степени магистра химии в UCL.

«Чтобы приготовить обычные спагетти, вы пропускаете смесь муки и воды через металлические отверстия; в нашем исследовании мы делали то же самое, только мы протягивали нашу мучную смесь посредством электрического заряда», — рассказал Адам Клэнси из UCL. «Это буквально спагетти, только гораздо более тонкие», — продолжил он.

В своем исследовании ученые описали самые тонкие из известных макаронных изделий, называемые «су филиндеу», или «нити Бога», изготовленные вручную мастером по изготовлению макарон в городе Нуоро на Сардинии.

По оценкам, эта длинная паста имеет диаметр около 400 микрон, что в 1000 раз толще, чем новое творение электропрядения, диаметр которого составляет 372 нм, что уже, чем некоторые длины волн света. Новая «нанопаста» образовала мат из нановолокон диаметром около 2 см и поэтому видна, но каждая отдельная нить слишком тонкая, чтобы ее можно было четко разглядеть любой из имеющихся камер видимого света или микроскопом.

«Нановолокна, изготовленные, например, из крахмала, имеют потенциал для использования в повязках на раны, поскольку они очень пористые», — сказал Гарет Уильямс из Фармацевтической школы UCL и соавтор исследования.

«Кроме того, нановолокна исследуются для использования в качестве основы для регенерации тканей, поскольку они имитируют внеклеточный матрикс, сеть белков и других молекул, которые клетки создают для поддержания себя», — продолжил Уильямс.

«Крахмал — многообещающий материал для использования, потому что он широко распространен и возобновляем: это второй по величине источник биомассы на Земле после целлюлозы, и он биоразлагаем, то есть может расщепляться в организме», — отметил Клэнси.

«Но, — добавил Клэнси, — очистка крахмала требует значительной обработки». «Мы показали, что возможен более простой способ производства нановолокон с использованием муки», — подчеркнул Клэнси. «Следующим шагом будет изучение свойств этого продукта: мы хотели бы знать, например, как быстро он распадается, как взаимодействует с клетками и можно ли производить его в больших масштабах», — сказал Клэнси.

При электропрядении игла, в которой содержится смесь, и металлическая пластина, на которую наносится смесь, образуют два конца батареи. При пропускании электрического заряда смесь замыкает цепь, вытекая из иглы на металлическую пластину.

Электропрядение с использованием богатого крахмалом ингредиента, такого как белая мука, является более сложным, чем использование чистого крахмала, поскольку примеси, такие как белки и целлюлоза, делают смесь более вязкой и неспособной образовывать волокна. Исследователи использовали муку и муравьиную кислоту, а не воду, поскольку муравьиная кислота разрушает гигантские стопки спиралей, из которых состоит крахмал.

Это связано с тем, что слои склеенных друг с другом спиралей слишком велики, чтобы служить строительными блоками нановолокон. При изготовлении продукта исследователям пришлось тщательно нагревать смесь в течение нескольких часов, а затем медленно охлаждать ее, чтобы обеспечить правильную консистенцию.