康奈尔大学 信用:CC0公共领域 脱氧核糖核酸有许多方便的用途
它储存着遗传密码的蓝图
它有助于引领物种的进化
除此之外，它还可能成为一种更坚固、更可持续的勺子
康奈尔大学领导的一项合作正在将有机物——如洋葱、鱼和藻类——中的脱氧核糖核酸转化为可生物降解的凝胶和塑料
由此产生的材料可用于制造日常塑料物品、异常坚固的粘合剂、多功能复合材料和更有效的药物输送方法，而不会像石化材料那样对环境造成损害
该团队的论文“将生物量的脱氧核糖核酸转化为可生物降解的材料，从凝胶到塑料，以减少石油化学的消耗”，发表在5月11日的《美国化学学会杂志》上
这项合作由农业和生命科学学院的生物和环境工程教授罗丹领导
罗的团队一直在探索将生物量DNA用作遗传物质和普通物质的方法，利用其作为一种新型聚合物的特性
“DNA作为一种普通材料如此优秀有很多原因，”罗说
“DNA是可编程的
它有4000多种纳米工具——这些是酶——可以用来操纵脱氧核糖核酸
DNA是生物相容的
你一直在吃脱氧核糖核酸
它无毒，可降解
本质上，你可以将其堆肥
" 也许生物量脱氧核糖核酸最大的优点是它的绝对丰富
据罗的研究小组称，地球上估计有500亿吨生物质能，其中不到1%的量可以满足全球一年对塑料的需求
与此同时，石化产品对环境造成了巨大的破坏——从石油和天然气的勘探和提炼，到塑料的工业合成，再到数百万吨不降级地丢弃在陆地和海洋中的产品
虽然生物量以前已经被转化为可生物降解的材料，但这一过程——如纤维素等多糖被分解并重新合成为聚合物——需要额外的能量和极端的温度，这也给环境带来了压力
罗的团队绕过了这种分解合成过程，开发了一种一步交联方法，在不破坏化学键的情况下，保持DNA作为聚合物的功能
这个过程出奇地简单:研究人员从任何有机来源——如细菌、藻类、鲑鱼或苹果渣——提取DNA，并将其溶解在水中
用碱调节溶液的酸碱度后，研究人员加入聚乙二醇二丙烯酸酯，它与脱氧核糖核酸聚合物化学连接，形成水凝胶
凝胶然后可以被脱水，产生一系列密度更大的材料，如塑料和胶水
“这是一个比传统合成简单得多的过程，”罗说
“整个过程更可行、更经济，而且可以在更大的规模上完成，因为你不必预处理生物质的脱氧核糖核酸
你只需将它们直接交联成塑料
" 交联的另一个好处是，研究人员可以调整具有不同寻常性质的新材料
例如，博士后研究员王栋创造了一种能在零下20摄氏度粘住聚四氟乙烯的胶水，这一温度会冻结传统的水基粘合剂
王还制作了一种生物质“花”，其中包含磁性纳米粒子，可以用磁场操纵
“这种产品的应用取决于我们能承受的性能，”罗说
“你可以让它发光，让它导电或不导电，让它变得更强
你能想到的任何事
" 罗说，除了生产从玩具和器皿到服装和建筑用皮肤的各种产品外，水凝胶可能特别适合用于控制释放药物
研究人员还能够实现无细胞蛋白质生产，这在石化产品中是不可能的
“我们的交联方法非常普遍，”该论文的主要作者王说
“它可以扩展到其他聚合物，其他分子
" 在目前的实验室环境下，转化成本约为每克材料1美元，其中几乎90%的费用用于从生物质中提取脱氧核糖核酸所需的乙醇
如果按工业规模生产，罗估计成本将会大大降低，降低一百倍甚至一千倍
一个潜在的挑战是获得足够大的生物量来提取脱氧核糖核酸
研究人员仍然需要弄清楚如何控制这些材料的寿命以及降解所需的时间
“我们也在努力使生物质DNA材料更具功能性，制造不同类型的材料，使它们超级坚固，超级柔软，”罗说
“但我们永远不会忘记它是一种基于脱氧核糖核酸的材料
只要有可能，我们都想利用DNA的遗传作用
"
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