Silk-Inspired Design and Manufacturing of Robust Plantymers

凝聚 生物高聚物 材料科学 纳米技术 限制 机械强度 刚度(电磁) 聚合物 极限抗拉强度 制作 纳米制造 生物塑料 复合材料 适应性 相(物质) 粘弹性 工作(物理) 拉伸试验 纳米结构 明胶
作者
Yue Wang,Yue Zhang,Ting Li,Chang Chen,Qimeng Wang,Feipeng Chen,Wei Guo,C J Li,Siddharth Deshpande,Ho Cheung Shum,Jasper van der Gucht,D. A.,Renko de Vries,Xiufeng Li,Weifu Dong
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
标识
DOI:10.1038/s41467-026-72645-9
摘要

Plant-derived biopolymers may become sustainable alternatives to fossil-based polymers, yet their poor material performance has so far limited their adoption. Plant-derived biopolymers require careful control over the micro- and nanostructures to tune their mechanical behavior. Silk-spinning as done by spiders is one such mechanism, which combines liquid-liquid phase separation (LLPS) and mechanical force to drive β-sheet formation from α-helical precursor proteins to achieve high strength fibers. We develop a similar processing route combining coacervation resulting from LLPS and mechanical force to enhance maize-derived zein into what we call a “plantymer” material, yielding films and fibers with superior mechanical performance. LLPS of zein is triggered by water-ethanol solvent control, resulting in a protein-rich phase that retains fluidity to enable the shear-induced fabrication of films and fibers, mimicking the strengthening mechanism of silk. The resulting materials demonstrate a rigidity comparable to silk and even exhibit good oxygen and moisture barrier properties. We demonstrate the efficacy of plantymer films in preventing banana browning. Our work highlights how nature-inspired polymer processing routes can lead to simple-yet-effective ways of producing plant-derived biopolymer materials with enhanced performance. Protein-based bioplastics suffer from poor mechanical properties, limiting their use. Here, the authors report a coacervation based processing method for maize-derived zein protein which encourages β-sheet formation through shear-induced alignment, leading to high tensile strength films and fibres.
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