基因編輯突破，胡良兵教授團隊打造超級木頭，強度堪比鋁合金！
文章來源：賢集網(wǎng) 更新時間：2024-08-16 16:04:50
|
在材料科學(xué)的廣袤領(lǐng)域中，木材這一古老而又常見的材料，正煥發(fā)出全新的生機與活力。胡良兵教授和戚益平教授攜手合作，為我們帶來了令人矚目的創(chuàng)新成果——超級木頭。 2024年8月12日，美國馬里蘭大學(xué)胡良兵教授（現(xiàn)任職于耶魯大學(xué)）和戚益平教授的研究團隊通過運用基因編輯技術(shù)減少木材中的木質(zhì)素含量，實現(xiàn)了無需化學(xué)處理的高性能工程木材的制造。胡良兵教授實驗室的Yu Liu博士后和戚益平實驗室的Gen Li博士后為該論文的共同第一作者。  一、基因編輯：超級木頭的誕生密碼 在過往，制造高性能的工程木材通常依賴化學(xué)方法來降低木質(zhì)素含量，以增強其機械性能。然而，這種方法存在諸多弊端，如能耗高、材料消耗大以及產(chǎn)生大量廢棄物，給環(huán)境造成沉重負(fù)擔(dān)。 胡良兵和戚益平的研究團隊另辟蹊徑，運用基因編輯技術(shù)，靶向楊樹中的 4CL1 基因，引入提前終止密碼子，成功減少了木質(zhì)素含量，降幅達到 12.8%。這一創(chuàng)新性的方法，為無需化學(xué)處理的高性能工程木材的制造打開了全新的大門。  經(jīng)過基因編輯后的木材，在經(jīng)過簡單的水浸泡和高溫?zé)釅禾幚砗?，展現(xiàn)出驚人的抗拉強度，高達 313.6 ± 6.4 MPa，可與鋁合金 6061 相媲美，且與傳統(tǒng)化學(xué)處理后的壓縮木材強度相近。這意味著基因編輯技術(shù)不僅實現(xiàn)了與傳統(tǒng)方法相當(dāng)?shù)男Ч?，還避免了化學(xué)處理帶來的環(huán)境污染。 二、深入探究：超級木頭的微觀奧秘 通過拉曼光譜和 2D-HSQC NMR 光譜的精細(xì)分析，研究團隊發(fā)現(xiàn)基因編輯不僅降低了木質(zhì)素含量，還改變了其在木材細(xì)胞壁的分布，尤其是在細(xì)胞角落，木質(zhì)素的含量顯著減少。這種結(jié)構(gòu)上的調(diào)整，為木材在壓縮過程中形成更致密的結(jié)構(gòu)奠定了基礎(chǔ)，進而大幅提升了機械性能。 掃描電子顯微鏡（SEM）的觀察結(jié)果顯示，基因編輯過程并未對木材的微觀結(jié)構(gòu)，如纖維細(xì)胞的孔隙大小、導(dǎo)管直徑和細(xì)胞壁厚度等產(chǎn)生顯著影響。這一發(fā)現(xiàn)進一步證明了基因編輯技術(shù)在精準(zhǔn)調(diào)控木質(zhì)素的同時，最大程度地保留了木材原有的物理性質(zhì)。  在實驗中，研究團隊對基因編輯后的木材在自然狀態(tài)和壓縮狀態(tài)下的力學(xué)性能進行了詳細(xì)對比。結(jié)果令人振奮，基因編輯后的木材在壓縮后，抗拉強度顯著提高，達到未壓縮前的 5.6 倍，而傳統(tǒng)方法壓縮的木材僅提高了 2.6 倍。壓縮后的基因編輯木材的抗拉強度比傳統(tǒng)方法壓縮的木材高出約 1.6 倍。 三、胡良兵教授憑啥被稱為“木頭大王”？ 胡良兵教授，作為材料科學(xué)領(lǐng)域的杰出學(xué)者，以其在木材研究及相關(guān)領(lǐng)域的卓越成就而備受矚目。他的一系列研究成果不僅展現(xiàn)了木材的巨大潛力，還為眾多領(lǐng)域帶來了新的發(fā)展機遇。 1、基因編輯超級木頭： 通過運用基因編輯技術(shù)靶向楊樹中的 4CL1 基因并引入提前終止密碼子，成功減少了木質(zhì)素含量達 12.8%。經(jīng)簡單水浸泡和高溫?zé)釅禾幚砗螅@種基因編輯后的木材抗拉強度高達 313.6 ± 6.4 MPa，可與鋁合金 6061 相媲美，與傳統(tǒng)化學(xué)處理后的壓縮木材強度相近。例如，在壓縮后，其抗拉強度可達未壓縮前的約 5.6 倍，而傳統(tǒng)方法壓縮的木材僅提高約 2.6 倍，壓縮后的基因編輯木材抗拉強度比傳統(tǒng)壓縮木材高出約 1.6 倍。 2、可擴展的美學(xué)透明木材 胡良兵教授通過巧妙的化學(xué)處理和復(fù)合材料加工工藝，研發(fā)出了可擴展的美學(xué)透明木材。這種木材不僅具有較高的透光率，而且重量輕、導(dǎo)熱系數(shù)低、機械強度高。它的制備基于天然木材的特性，通過特定溶液的化學(xué)處理去除部分成分并浸漬聚合物，呈現(xiàn)出獨特的美學(xué)效果，同時具備紫外線阻隔、堅硬、隔熱、環(huán)保等特性。 3、3D 成型木材 通過對木材細(xì)胞壁的精心工程處理，胡良兵教授成功將硬木平板轉(zhuǎn)化為多功能的 3D 結(jié)構(gòu)。這種 3D 成型木材強度是原始木材的六倍，可與鋁合金相當(dāng)，并且能夠被加工成各種復(fù)雜形狀，如鋸齒形、波紋形、星形等。該方法既保留了木材的自然層次結(jié)構(gòu)和各向異性結(jié)構(gòu)，又大大提升了其強度和可塑形，拓寬了木材作為結(jié)構(gòu)材料在建筑和交通等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。 此外，他在將木材轉(zhuǎn)化為固態(tài)電解質(zhì)等方面也有重要成果，通過特定的方法改變纖維素的晶體結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了鋰離子的快速傳輸。 胡良兵教授的研究成果涵蓋了木材的多個方面，不斷挖掘和拓展了木材的性能和應(yīng)用邊界，這些創(chuàng)新性的工作使得他在木材研究領(lǐng)域獲得了廣泛的認(rèn)可和贊譽，“木頭大王”的稱號也由此而來。 四、展望未來：超級木頭的廣闊前景 胡良兵和戚益平教授的研究成果為木材工程領(lǐng)域帶來了革命性的突破，展示了基因編輯在木材工程中的巨大潛力。隨著基因編輯技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，超級木頭有望在全球范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用于建筑、交通、航空航天等眾多領(lǐng)域，推動材料科學(xué)的可持續(xù)發(fā)展，為應(yīng)對全球氣候變化和實現(xiàn)碳中和目標(biāo)發(fā)揮重要作用。 胡良兵教授和戚益平教授的合作研究，為我們開啟了木材工程的新時代。超級木頭的誕生，不僅是科學(xué)技術(shù)的勝利，更是人類智慧與自然材料完美結(jié)合的典范。相信在未來，他們將繼續(xù)引領(lǐng)材料科學(xué)的發(fā)展，為我們創(chuàng)造更多的奇跡。 原文鏈接：https://www.xianjichina.com/special/detail_555158.html 來源：賢集網(wǎng) 著作權(quán)歸作者所有。商業(yè)轉(zhuǎn)載請聯(lián)系作者獲得授權(quán)，非商業(yè)轉(zhuǎn)載請注明出處。 |
相關(guān)新聞
- [2024-08-16]·5項氫能國家標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布
- [2024-08-16]·推動精細(xì)化工產(chǎn)業(yè)高端化綠色化發(fā)
- [2024-08-15]·萬華化學(xué)2024上半年財報發(fā)布 凈
- [2024-08-15]·三年來全國碳市場累計成交額近27
- [2024-08-15]·7種物質(zhì)被列入易制毒化學(xué)品管理
- [2024-08-16]·基因編輯突破，胡良兵教授團隊打
- [2024-08-16]·聚合物全固態(tài)電池研究獲進展
- [2024-08-15]·我國精細(xì)化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展進入加速期
- [2024-08-14]·俄中科學(xué)家研制出新型制氫催化劑
- [2024-08-14]·科學(xué)家制造出世界上性能最高的超
主辦單位：山東省化工情報信息協(xié)會
山東省濟南市文化東路80號郵編：250014電話：0531—86399950、86399980、86399990傳真：0531—86399186
山東化工網(wǎng)在線交流：
Copyright(C)山東省化工情報信息協(xié)會 版權(quán)所有 備案號：魯ICP備2021036540號
山東省濟南市文化東路80號郵編：250014電話：0531—86399950、86399980、86399990傳真：0531—86399186
山東化工網(wǎng)在線交流：
Copyright(C)山東省化工情報信息協(xié)會 版權(quán)所有 備案號：魯ICP備2021036540號
魯公網(wǎng)安備 37010202001033號