Chemici creëren ’s werelds dunste spaghetti

De dunste spaghetti ter wereld, ongeveer 200 keer dunner dan een mensenhaar, is gemaakt door een onderzoeksteam onder leiding van de UCL. De spaghetti is niet bedoeld als nieuw voedingsmiddel, maar is ontstaan ​​vanwege de uiteenlopende toepassingen die extreem dunne materiaalstrengen, nanovezels genoemd, in de geneeskunde en de industrie hebben.

Nanovezels gemaakt van zetmeel – geproduceerd door de meeste groene planten om overtollige glucose op te slaan – zijn bijzonder veelbelovend en zouden kunnen worden gebruikt in verband om wondgenezing te bevorderen (aangezien de nanovezelmatten zeer poreus zijn, waardoor water en vocht binnen kunnen komen maar bacteriën buiten worden gehouden), als steigers voor botregeneratie en voor medicijnafgifte. Ze zijn echter afhankelijk van het feit dat zetmeel uit plantencellen wordt gewonnen en gezuiverd, een proces dat veel energie en water vergt.

Een milieuvriendelijkere methode, zeggen de onderzoekers, is om nanovezels rechtstreeks te maken van een zetmeelrijk ingrediënt zoals bloem, dat de basis vormt voor pasta.

In een nieuw papier in Vooruitgang op nanoschaalbeschrijft het team het maken van spaghetti met een diameter van slechts 372 nanometer (miljardste van een meter) met behulp van een techniek die elektrospinning wordt genoemd, waarbij draden van bloem en vloeistof door een elektrische lading door de punt van een naald worden getrokken. Het werk werd uitgevoerd door Beatrice Britton, die de studie uitvoerde als onderdeel van haar masteropleiding scheikunde aan de UCL.

Co-auteur Dr. Adam Clancy (UCL Chemistry) zei: “Om spaghetti te maken, duw je een mengsel van water en bloem door metalen gaten. In ons onderzoek deden we hetzelfde, behalve dat we ons bloemmengsel er met een elektrische lading doorheen trokken. Het is letterlijk spaghetti, maar dan veel kleiner.”

In hun artikel beschrijven de onderzoekers de op een na dunste bekende pasta, genaamd su filindeu (“draden van God”), met de hand gemaakt door een pastamaker in de stad Nuoro, Sardinië. Deze pasta lunga (“lange pasta”) wordt geschat op ongeveer 400 micron breed – 1000 keer dikker dan de nieuwe elektrogesponnen creatie, die met 372 nanometer smaller is dan sommige golflengten van licht.

De nieuwe “nanopasta” vormde een mat van nanovezels met een doorsnede van ongeveer 2 cm, en is dus zichtbaar, maar elke afzonderlijke streng is te smal om duidelijk te worden vastgelegd door enige vorm van camera of microscoop met zichtbaar licht, dus werd hun breedte gemeten met een scannend elektron microscoop.

Co-auteur Professor Gareth Williams (UCL School of Pharmacy) zei: “Nanovezels, zoals die gemaakt van zetmeel, tonen potentieel voor gebruik in wondverbanden omdat ze erg poreus zijn. Bovendien worden nanovezels onderzocht voor gebruik als basis voor weefsel terug laten groeien, omdat ze de extracellulaire matrix nabootsen – een netwerk van eiwitten en andere moleculen die cellen bouwen om zichzelf te ondersteunen.”

Dr. Clancy zei: “Zetmeel is een veelbelovend materiaal om te gebruiken, omdat het overvloedig en hernieuwbaar is – het is de tweede grootste bron van biomassa op aarde, na cellulose – en het is biologisch afbreekbaar, wat betekent dat het in het lichaam kan worden afgebroken.

‘Maar het zuiveren van zetmeel vergt veel bewerkingen. We hebben laten zien dat het op een eenvoudiger manier mogelijk is om met meel nanovezels te maken. De volgende stap zou zijn om de eigenschappen van dit product te onderzoeken. We willen bijvoorbeeld weten hoe snel het werkt. desintegreert, hoe het interageert met cellen, en of je het op schaal zou kunnen produceren.”

Professor Williams voegde eraan toe: “Ik denk helaas niet dat het bruikbaar is als pasta, omdat het binnen een seconde te gaar zou worden voordat je het uit de pan kunt halen.”

Bij elektrospinnen vormen de naald waarin het mengsel zit en de metalen plaat waarop het mengsel wordt afgezet twee uiteinden van een batterij. Door een elektrische lading aan te brengen, wordt het mengsel voltooid door uit de naald op de metalen plaat te stromen.

Elektrospinnen met een zetmeelrijk ingrediënt zoals witte bloem is een grotere uitdaging dan het gebruik van puur zetmeel, omdat de onzuiverheden – het eiwit en de cellulose – het mengsel stroperiger maken en geen vezels kunnen vormen.

De onderzoekers gebruikten bloem en mierenzuur in plaats van water, omdat het mierenzuur de gigantische stapels spiralen (of helices) waaruit zetmeel bestaat, afbreekt. Dit komt omdat de aan elkaar geplakte lagen helices te groot zijn om de bouwstenen van nanovezels te vormen. (Koken heeft hetzelfde effect op het zetmeel als mierenzuur: het breekt de lagen van helices af, waardoor de pasta verteerbaar wordt.)

Het mierenzuur verdampt vervolgens terwijl de noedel door de lucht naar de metalen plaat vliegt.

De onderzoekers moesten het mengsel ook enkele uren voorzichtig opwarmen voordat het langzaam weer afkoelde om er zeker van te zijn dat het de juiste consistentie had.