玻璃是一种可持续材料吗？
其原材料是丰富的自然资源，如石灰石（氧化钙）、纯碱（碳酸钠）和石英砂（二氧化硅）；可以无限次回收、100%利用；与石油的产物之塑料相比，其生产过程和废弃后对环境的影响也小得多。
但庞大的需求导致了无法忽视的环境问题：采砂摧毁了鱼类、鸟类和海豹生存的沙洲；沙子疏浚导致海滩萎缩，甚至导致桥梁倒塌；窑炉大量耗费能源、排放温室气体；由于重量的不同，玻璃的运输也比塑料更耗能；实际中，真正被回收的玻璃又有多少呢......而玻璃在自然界的分解，需要上百万年。
冰冷、坚硬，必需的高温制备过程，玻璃的特性也许令人难以将其和生物材料联系在一起。然而，近日，中国科学院过程工程研究所研究员闫学海课题组在Science Advances发表的“Biomolecular glass with amino acid and peptide nanoarchitectonics”一文，报道了利用氨基酸和肽，也可制成可生物降解的玻璃。
氨基酸和肽是生物体中丰富的生物分子，已广泛用于开发具有功能性的纳米结构材料。这种环保材料可在生态系统中循环。但其性质却与玻璃相差甚远。
玻璃是一种非晶态固体，通过在高于其熔化温度（Tm）的高温下加热，然后快速冷却（淬火）形成，因为足够快的冷却可以防止晶体形成。然而，天然氨基酸和肽的热稳定性较差，在接近Tm的高温下容易分解成胺和二氧化碳。因此，玻璃不能直接通过这些天然生物分子制成。
之前的研究表明，氨基酸和肽在末端被疏水基团化学修饰时，可以显着提高其热稳定性。受此启发，研究人员开始对氨基酸和肽进行改性。
为了避免分子分解，研究人员使用了Ac-、Fmoc-和Cbz-基团对一系列氨基酸和肽进行了化学修饰。加热后，随机选择的天然氨基酸，包括谷氨酰胺（Q）、组氨酸（H）、苯丙氨酸（F）和酪氨酸（Y），发现重量损失大于15%，而缬氨酸（V）和亮氨酸（L）完全分解，在温度为Tm时损失大于90%。
结果表明，这些改性分子的Tm值远低于分解温度。生物分子化合物在分解前的成功熔化无疑是生物分子玻璃制备的一个突破。
接下来，通过在惰性气体中以10 K/min的加热和冷却速率执行程序加热和淬火程序，这些被修饰的氨基酸和肽成功形成了生物分子玻璃。随后评估了生物分子玻璃的玻璃形成能力（GFA）和性能，包括与玻璃化转变相关的动力学和热力学参数。
在紫外（UV）光到可见光（200至800nm）和近红外（NIR）（800至3000nm）区域的透射光谱表明，这些玻璃表现出良好的光学性能（大约90%的透射率），优于普通商业照明应用中使用的玻璃（平均80%）。与碳量子点（CQD）和染料结合，生物分子还能够形成一系列荧光的有色玻璃。
▲图|玻璃在紫外-可见光区域（左）和近红外区域（右）的透射光谱（来源：[1]）
▲图|在波长为365nm的紫外光激发下，玻璃会发出不同的荧光（来源：[1]）
该生物分子玻璃还具有良好的机械性能和灵活的加工性。研究人员用商用生物3D打印机打印了“CAS”，使用特定的模具获得了一系列形状的玻璃。
（来源：[1]）
为了确定生物分子玻璃是否环保，研究人员进行了体外和体内生物降解实验以及堆肥实验。以上结果都表明这种玻璃不仅具有生物可降解性，还在小鼠体内表现出优异的生物相容性和生物安全性。