全球每年产生4亿吨塑料垃圾。19至2300万吨塑料废物进入水生生态系统，其余进入地下。每年还会产生9200万吨废布。

化学名誉教授查拉·库马尔(ChallaKumar)对人们不断向环境中排放的大量有毒废物感到“厌倦”，觉得有必要做点什么。作为一名化学家，做某事意味着利用他的专业知识来开发新的、可持续的材料。

库马尔说：“每个人都应该考虑尽可能用天然材料取代化石燃料材料，以帮助我们的文明生存。”“房子着火了，我们等不及了。如果房子着火了，你就开始挖井——那是行不通的。是时候开始给房子浇水了。”

库马尔开发了两种分别使用蛋白质和布料来制造新材料的技术。康涅狄格大学的技术商业化服务(TCS)已为这两项技术申请了临时专利。

受到大自然构建各种功能材料的能力的启发，库马尔和他的团队开发了一种生产连续可调的无毒材料的方法。

“化学是唯一阻碍我们的因素，”库马尔说。“如果我们了解蛋白质化学，我们就可以制造出像钻石一样坚固或像羽毛一样柔软的蛋白质材料。”

第一项创新是将天然蛋白质转化为塑料类材料的过程。Kumar的学生AnkaraoKalluri'23博士参与了这个项目。

蛋白质的表面有“反应基团”，可以与它们接触的物质发生反应。库马尔和他的团队利用他对这些基团如何工作的知识，使用化学键将蛋白质分子结合在一起。

这个过程产生了二聚体——由两种蛋白质组成的分子。从那里，二聚体与另一个二聚体连接形成四聚体，依此类推，直到变成一个大的3D分子。该技术的3D方面是独一无二的，因为大多数合成聚合物都是线性链。

这种新颖的3D结构使新型聚合物具有像塑料一样的性能。就像构成它的蛋白质一样，这种材料可以拉伸、改变形状和折叠。因此，该材料可以通过化学方法针对各种特定应用进行定制。

与合成聚合物不同，库马尔的材料是由蛋白质和生物连接化学物质制成的，因此它可以生物降解，就像植物和动物蛋白质自然降解一样。

“大自然通过破坏蛋白质中的酰胺键来降解蛋白质，”库马尔说。“它具有处理此类化学反应的酶。我们的材料中具有相同的酰胺键。因此，在生物学中起作用的相同酶也应该作用于这种材料并自然地生物降解它。”

在实验室中，研究小组发现该材料在酸性溶液中几天内就会降解。现在，他们正在调查如果将这种材料埋在地下会发生什么，这就是许多消费后塑料的命运。

他们已经证明，基于蛋白质的材料可以形成各种类似塑料的产品，包括咖啡杯盖和透明薄膜。它还可用于制造耐火屋顶瓦或高端材料，如车门、火箭锥尖或心脏瓣膜。

这项技术的下一步是继续测试其机械性能，如强度或灵活性，以及​​毒性。

“我认为我们需要有社会意识，我们不能将有毒材料放入环境中，”库马尔说。“我们就是不能。我们必须停止这样做。而且我们也不能使用来自化石燃料的材料。”

库马尔的第二种技术采用了类似的原理，但它不仅仅使用蛋白质，还使用天然纤维(特别是棉花)增强的蛋白质。

“由于时尚行业瞬息万变，我们每年都会产生大量纺织废料”库马尔说。“那么为什么不利用这些废物来制造有用的材料——将废物转化为财富呢?”

就像类似塑料的蛋白质材料(称为“Proteios”，源自希腊语原文)一样，库马尔预计由蛋白质和天然纤维制成的复合材料能够生物降解，而不会产生有毒废物。

在实验室中，库马尔以前的学生、博士生阿德凯耶·达米洛拉(AdekeyeDamilola)用蛋白质织物复合材料制作了许多物品，其中包括小鞋子、桌子、鲜花和椅子。这种材料含有纺织纤维，作为蛋白质的连接剂，而不是库马尔用于蛋白质基塑料的交联化学物质。

交联使新型材料具有承受椅子或桌子等物体重量的强度。纤维和蛋白质之间的天然亲和力是为什么衣服上的食物污渍很难去除的原因。同样的吸引力可以制造出坚固的蛋白质织物材料。

虽然库马尔的团队到目前为止只研究过棉花，但他们预计其他纤维材料，如大麻纤维或黄麻，由于其固有但与棉花共同的化学特性，也会表现出类似的行为。

“蛋白质自然地粘附在蛋白质表面，”库马尔说。“我们利用这种理解说，‘嘿，如果它与棉花结合得如此紧密，我们为什么不用它来制造一种材料。’它确实有效，而且效果惊人。”

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