Inspirerad av naturen, Kinesiska forskare har tagit fram en syntetisk analog till vulkaniserat naturgummi. Deras material är lika tufft och hållbart som originalet. I journalen Angewandte Chemie , de avslöjar hemligheten bakom deras framgång:korta proteinkedjor fästa vid sidokedjorna i polymerryggraden säkerställer stabil fysisk tvärbindning och ger materialet en "självförstärkande" effekt under påfrestning. I motsats till konventionella gummin, det är mycket lättare att återvinna.

Naturgummi består av en mängd olika elastiska polymerer som bearbetas för användning i däck, bilindustrin, och varor som gummimadrasser. Även om vissa syntetiska gummin, polyisoprenerna, har samma huvudkedjestruktur som naturgummi, vulkaniserade naturgummi är fortfarande klart överlägsna eftersom de är betydligt starkare och segare. Anledningen till detta är en spontan "självförstärkande" effekt, en reversibel förstyvning av materialet under mekanisk belastning. Detta fenomen är känt som stamkristallisation. Det är känt att speciella polära komponenter - icke-kovalent bundna proteiner och fosfolipider - i ändarna av polymerkedjorna spelar en roll i denna höga grad av seghet.

Funktionalisering av ändarna på kedjorna kan vara ett sätt att förbättra de mekaniska egenskaperna hos syntetiska gummin, men lämpliga syntetiska metoder har varit en bristvara. Forskare ledda av Yun-Xiang Xu och Guangsu Huang vid Sichuan University i Chengdu, Kina, har nu hittat en teknik. Genom att använda ett redan etablerat katalytiskt system baserat på sällsynta jordartsmetaller och speciella, stabiliserade prekursorer, de producerade framgångsrikt mycket långa polymerkedjor av isoprenenheter med en hög grad av cis-länkning inom ryggraden och ett stort antal sidokedjor med polära hydroxylgrupper i slutet. Tanken var att efterlikna naturgummi genom att fästa biomolekyler till dessa hydroxylgrupper för att ge fysisk tvärbindning av polymerkedjorna.

Inspirerad av spindelsilkets höga stabilitet och styrka, forskarna valde att använda korta polymerkedjor (oligopeptider) gjorda av fyra molekyler av aminosyran alanin. Det är känt att sådana oligoalaniner bildar dragspelsliknande β-arkstrukturer som utgör de hårda komponenterna i siden, ger den styrka och termisk stabilitet.

Eftersom peptid- och polyisopren-kedjor inte är blandbara, peptidkedjorna aggregerar företrädesvis tillsammans. Denna effekt resulterar i den önskade fysiska tvärbindningen av polyisoprenkedjorna. Styrkan och segheten hos de nya syntetiska gummina ökar kraftigt utan att kompromissa med deras elasticitet. Dessutom, materialet uppvisar betydande självförstärkning genom töjningskristallisation. Dess egenskaper motsvarar väl egenskaperna hos vulkaniserat naturgummi.

Eftersom konventionell vulkanisering inte behövs i denna process, återvinningsbarheten för dessa nya högpresterande polyisoprengummin är avsevärt förbättrad. På det här sättet, de stora mängderna dåligt återvinningsbart gummi som dumpas på soptippar eller bränns till höga kostnader för miljön kan komma att minska i framtiden.