Жёсткая оболочка пыльцы превратилась в мягкий материал: вот что из неё делают

Научная лаборатория Нам-Джуна Чо в Наньянском технологическом университете Сингапура с первого взгляда ничем не отличается от других исследовательских центров: шум приборов, кипящая работа учёных, беспорядок на рабочих столах. Но оранжево-жёлтые пятна на халатах сотрудников выдают необычную природу их исследований — пыльцу.

Эти микроскопические частицы, которые деревья и злаки выбрасывают в определённые сезоны, обычно ассоциируются с аллергией или сенной лихорадкой. Однако Чо на протяжении десяти лет ищет в пыльце не источник проблем, а возможность создать на её основе новые материалы. Учёный уверен: если превратить жёсткую оболочку зёрен — прочный полимер спорополленин, называемый "алмазом растительного мира", — в гелеобразную массу, можно получить универсальный строительный блок для экологически чистой бумаги, плёнки или даже губок.

Новое применение привычной пыльцы

Большинство людей не видят ценности в пыльце вне её роли в размножении растений. Но, как отмечает Чо в обзоре для Annual Review of Chemical and Biomolecular Engineering за 2024 год, потенциал этого материала гораздо шире.

Его мнение разделяет и исследователь нанотехнологий и доставки лекарств из Университета Сантьяго-де-Компостела в Испании Ноэми Чаба. Она видит будущее в использовании полых оболочек пыльцы как носителей для препаратов, которые можно доставлять в лёгкие, желудок или даже в глаза.

"Меня это немного удивляет. Пыльца — очень, очень интересный биоматериал", — заявил Чаба.

Как сделать твёрдое — мягким

Главный барьер на пути использования пыльцы долгое время заключался в её непробиваемой оболочке. Прорыв случился в 2020 году, когда команда Чо показала, что обработка зёрен щёлочным раствором при 80 °C меняет их химическую структуру. После этого они начинают впитывать воду и становятся гибкими, как пластилин.

"До обработки это твёрдые шарики, после — мягкие частицы, которые легко соединяются в новые формы", — отметил научный сотрудник Шахрудин Ибрагим.

Высушенный микрогель превращается в тонкую плёнку или бумагу — прочную и одновременно гибкую. Она реагирует на влажность и кислотность, а ещё защищает от ультрафиолета, что открывает дорогу к использованию в сенсорах, носимой электронике и даже солнечных батареях.

От бумаги до губок

Учёные доказали, что на такой бумаге можно печатать. Более того, чернила легко смываются щёлочным раствором, и листы можно использовать повторно. Это выгодно отличает новый материал от традиционной бумаги, на производство которой тратятся деревья и огромные объёмы воды.

Эксперименты показали, что из лиофилизированного микрогеля получаются и пористые губки. Их можно использовать в медицине, например для остановки кровотечений, или в экологии — для абсорбции нефтяных разливов.

Экологичность как аргумент

Команда Чо работает в основном с пыльцой подсолнуха и камелии, которую закупает в Китае. Один цветок подсолнечника способен дать десятки тысяч зёрен, и сбор пыльцы у пчёл в ульях делает этот процесс ещё более простым.

Ибрагим подчёркивает: до выхода таких материалов на рынок пройдёт немало времени. Но уже сейчас очевидно, что пыльца имеет преимущество перед другими биоматериалами, такими как хитозан или целлюлоза, для получения которых уничтожают животных или деревья.