하버드의 소금 트릭은 수십억 톤의 머리카락을 친환경 재료로 바꿀 수 있습니다

• 바다 연구원들은 특정 염 화합물이 양모 및 깃털과 같은 단백질 폐기물을 분해하는 화학 메커니즘을 발견했습니다.
• 이 발견은 더 부드럽고 지속 가능한 단백질 재활용 과정을 가능하게합니다.

섬유 및 육류 처리 산업은 깃털, 양모 및 머리카락의 형태로 매년 수십억 톤의 폐기물을 생산하며,이 모든 것은 모발, 피부 및 손톱에서 발견되는 강하고 섬유질 단백질 인 각질이 풍부합니다.

상처 드레싱에서 친환경 섬유, 건강 추출물에 이르기까지 모든 동물 폐기물을 유용한 제품으로 바꾸는 것은 환경과 새롭고 지속 가능한 산업의 혜택이 될 것입니다. 그러나 단백질을 업 사이클링하는 단백질은 도전적입니다. 성분 부품으로 단백질을 분해하거나 탈퇴하는 것은 일반적으로 대형 오염 시설에서 부식성 화학 물질이 필요하므로 비용 효율적인 프로토콜을 도달하지 못합니다.

하버드 존 에이 폴슨 공학 및 응용 과학 학교 (SEAS)의 연구원들은 특정 염 화합물의 존재 하에서 케라틴 탈출과 같은 단백질과 같은 단백질과 같은 주요 기본 화학을 발견했다.

바다의 생체 공학 및 응용 물리학의 Tarr 가족 교수 인 Kit Parker가 이끄는 한 팀은 실험 및 분자 시뮬레이션을 결합하여 단백질이 전개되는 화학 메커니즘을 더 잘 비추기 위해 분자 시뮬레이션을 이끌었습니다. 그들은 케라틴을 분해하는 것으로 알려진 소금 화합물 인 농축 리튬 브로마이드의 용액이 단백질 분자와 완전히 예상치 못한 방식으로 상호 작용한다는 것을 보여 주었다. 기존의 지혜와 마찬가지로 단백질에 직접 결합하는 것이 아니라, 주변 물 분자의 구조를 변화시켜 경선 단백질 전염에 더 유리한 설정을 만들어내는 것으로 나타났습니다.

이 통찰력을 통해 연구원들은 더 부드럽고 지속 가능한 케라틴 추출 공정을 설계하여 단백질을 용액에서 쉽게 분리하여 거친 화학 물질없이 분리 할 수있었습니다. 이 과정은 또한 동일한 염 혼합물로 역전되어 리튬 브로마이드 변성제의 회복 및 재사용을 가능하게 할 수 있습니다.

연구는 발표되었습니다 자연 커뮤니케이션 또한 종이 블로그 게시물 뒤에도 실 렸습니다.

케라틴 생체 물질에서 영감을 얻었습니다

Parker 그룹에서 일하는 화학 대학원생 인 Yichong Wang 은이 연구가 생체 의학 응용을위한 형상 기억을 가진 케라틴 생체 물질 개발에 대한 실험실의 오랜 관심을 기반으로한다고 말했다. 그들은 리튬 브로마이드 용매로부터 추출 된 케라틴이 주변 용액과 쉽게 분리되어 물에 다시 놓일 때 거의 즉시 굳어지는 두껍고 형성 가능한 겔을 형성 할 수 있음을 이전에 관찰했다. 유용하지만 그들은 행동을 이상하게 발견했고, 그것을 더 잘 이해하고 싶었습니다.

왕은“우리는 현재의 기계적 이해가 어떻게 작동하는지에 대한 현재의 기계적인 이해와 우리가보고있는 것들 사이에 차이가있을 것이라고 생각했다. “그때 우리는이 현상을 더 잘 설명함으로써 추출 절차를 최적화 할 수 있는지 확인하기 위해 메커니즘 자체에 관심을 갖게되었습니다.”

분자 역학은 주변 물의 변화를 보여줍니다

더 깊이 파고 들기 위해, 팀은 화학 및 화학 생물학과에있는 Eugene Shakhnovich 교수의 실험실로 향했다. 공동 저자 Junlang Liu가 이끄는 분자 역학 시뮬레이션은 리튬 브로마이드가 단백질에 전혀 작용하는 것이 아니라 오히려 주변의 물에서 작용하고 있음을 알 수있었습니다.

리튬 브로마이드 이온은 물 분자가 두 가지 다른 집단, 즉 정상적인 물과 ​​소금 이온에 갇히게되는 물 분자로 전환되는 것으로 밝혀졌습니다. 정상적인 수량이 감소함에 따라, 다른 탈취 방법과 같이 직접 찢어지는 대신 환경의 열역학적 이동으로 인해 단백질이 전개되기 시작합니다. 왕은“물을 물처럼 덜 만들면 단백질이 스스로 전개 될 수있다. 그들은 피브로넥틴과 같은 더 간단한 단백질을 시험하여 유사한 결과를 가졌다.

기존의 것보다 에너지 집약이 ​​적고 오염이 적은 단백질 추출 방법을 더 잘 이해하고 설계하면 단백질 업 산업에 잠재적 인 길을 열어줍니다. Parker Lab에서, Keratin을 조직 공학의 기질로 사용하는 것은 주요 연구 추력입니다. 그러한 제품을 추출하고 재사용 할 수있는 신뢰할 수 있고 지속 가능한 방법이 있으면 노력을 강화할 수 있습니다.

또한,이 과정은 완전히 새로운 생체 ​​물질 산업의 길을 마련하여 모발이나 닭 깃털과 같은 대규모 폐기물 스트림을 저비용 재활용 재료로, 예를 들어 전통적인 플라스틱의 대안으로 바꿀 수 있습니다.

이 연구는 Harvard University Materials Research Science and Engineering Center (DMR-2011764)를 통한 국립 보건원 (R35GM139571 및 R01EY030444) 및 국립 과학 재단을 포함하여 많은 연방 지원의 원천이있었습니다. 다른 자금은 홍콩 SAR 정부의 일부인 혁신 및 기술위원회의 Health@innohk 프로그램에서 나왔습니다. NTT Research, Inc.의 의료 및 건강 정보 실험실.