У порчи продуктов, прокисания вина и обострения ран есть общая причина - процесс, называемый окислением. Хотя вредные последствия этих химических реакций могут быть уменьшены с помощью антиоксидантов, создание надежной платформы, способной обеспечить пролонгированную антиоксидантную активность, является постоянной задачей.
Исследователи из Техасского университета A&M, возможно, решили эту проблему с помощью своих новых антиоксидантных ковриков. Созданные из переплетенной сети ультратонких нитей полимера и антиоксиданта, обнаруженного в красном вине, исследователи заявили, что эти маты прочны, стабильны и способны проявлять антиоксидантную активность в течение длительных периодов времени.
«Наша инновация заключается в том, что мы точно отрегулировали шаги, необходимые для производства бездефектных ультрамикроскопических волокон для изготовления высокоэффективных антиоксидантных матов», - сказал Адвайт Гайквад, аспирант лаборатории профессора Светланы Сухишвили в Инженерный колледж и основной автор исследования. «Каждое волокно межмолекулярно связано с несколькими молекулами антиоксиданта, поэтому конечный мат, состоящий из миллионов и миллионов таких волокон, обладает усиленной антиоксидантной активностью».
Описание их исследования было опубликовано в февральском номере журнала ACS Applied Materials & Interfaces.
Хотя окисление является распространенным естественным явлением, эта химическая реакция может быть вредной, если ее не остановить. Например, в алкогольных напитках чрезмерное окисление приводит к образованию ацетальдегида из спирта, изменяя вкус, цвет и аромат напитка. В организме окислительный стресс вызывает накопление свободных радикалов, которые могут нанести вред здоровым клеткам и тканям организма.
Однако окислительные реакции можно держать под контролем благодаря действию антиоксидантов. Эти соединения легко соединяются с кислородом окружающей среды или отдают электроны для нейтрализации заряженных радикалов. Из многих антиоксидантов молекула дубильной кислоты, обнаруженная в красном вине, особенно привлекательна, потому что она также обладает антибактериальными и противовирусными свойствами. Исследователи заявили, что эти замечательные свойства обусловлены наличием групп атомов, называемых полифенолами, в молекулярной структуре дубильной кислоты.
«Полифенолы - это природные органические соединения, которые также известны своими антиоксидантными свойствами», - говорит Ханна Глушко, также аспирант лаборатории Сухишвили и главный автор исследования. «Оказывается, дубильная кислота изобилует этими полифенольными мотивами, которые делают ее эффективным партнером по связыванию со многими молекулами и отличным поглотителем свободных радикалов».
В прошлых исследованиях антиоксиданты добавлялись в синтетические коврики. Проще говоря, в этой технике коврики изготавливаются путем смешивания полимера и антиоксидантов, а затем их расплющивания в лист. Но исследователи говорят, что эти маты менее функциональны, потому что площадь поверхности для антиоксидантной активности ограничена.
Итак, чтобы увеличить площадь поверхности для антиоксидантной активности, они создали антиоксидантную сетку, состоящую из ультратонких волокон полимера и дубильной кислоты. Таким образом, каждая нить этого сетчатого мата может способствовать антиоксидантной активности. Кроме того, в отличие от более раннего метода смешивания, они выбрали полимер, который мог удерживать молекулы дубильной кислоты, образуя водородные связи, тем самым увеличивая общую прочность конечного мата.
Чтобы сделать эти волокна, исследователи наполнили шприц дубильной кислотой, полимером под названием поливинилпирролидон и комбинацией растворителей. Затем, когда они выдавливали смешанный раствор полимера и антиоксиданта из шприца, они приложили напряжение 16 киловольт между кончиком шприца и коллектором вращающегося барабана, расположенным на небольшом расстоянии. Это чрезвычайно высокое напряжение вытягивало полимер в нановолокна, когда он двигался от шприца к барабану для сбора. В конце процесса прядения у них был переплетенный мат из нановолокна.
Когда исследователи изучили эти маты под мощным электронным микроскопом, они обнаружили, что нановолокна не имеют дефектов, которые могли бы ухудшить механические свойства мата. Кроме того, они показали, что эти маты стабильны при pH воды и могут обеспечивать устойчивую антиоксидантную активность, непрерывно выделяя дубильную кислоту в течение примерно 20 дней.
Они также отметили, что водородные связи между поливинилпирролидоном и дубильной кислотой повышают прочность их матов в 10 раз больше, чем маты, изготовленные только из поливинилпирролидоновых волокон. Таким образом, конструкция из нановолокна сделала коврики механически прочными и в то же время придала им гибкость, подобную ткани, чтобы можно было оборачивать предметы.
«Мы создали антиоксидантные маты с большой площадью поверхности, надежными механическими свойствами и способностью обеспечивать долгосрочную антиоксидантную защиту», - сказал Гайквад.«Кроме того, высвобождение дубильной кислоты происходит по мере необходимости - водородные связи удерживают антиоксиданты в материале до тех пор, пока не появится внешний стимул, такой как pH. облицовка контейнеров для хранения пищевых продуктов."