Gli scienziati alla conferenza autunnale dell'American Chemical Society del 2023 hanno introdotto una bioplastica ecologica generata dalle mosche soldato. Karen Wooley e il suo team stanno estraendo la chitina dalle mosche soldato nere e trasformandola in una preziosa bioplastica nota come chitosano. Questa plastica biodegradabile può assorbire molta acqua e potrebbe essere utilizzata per aiutare in caso di inondazioni e siccità. Il processo è in linea con un'economia circolare, utilizzando gli insetti per scomporre la plastica e creare nuovi materiali da essa.
Immaginate di sfruttare il potere degli insetti per estrarre sostanze chimiche che possono essere utilizzate per creare plastiche ecologiche, che possono poi essere facilmente decomposte da questi stessi insetti. Questa idea è in realtà più plausibile di quanto possa sembrare inizialmente. Gli scienziati hanno discusso i progressi nell'estrazione e nella raffinazione di sostanze chimiche dagli insetti e nella loro trasformazione in utili bioplastiche.
I ricercatori hanno presentato le loro scoperte innovative alla conferenza autunnale 2023 dell'American Chemical Society (ACS). Karen Wooley , Ph.D., responsabile del progetto, ha dichiarato: "Per 20 anni, il mio gruppo ha sviluppato metodi per trasformare prodotti naturali, come il glucosio ottenuto dalla canna da zucchero o dagli alberi, in polimeri degradabili e digeribili che non persistono nell'ambiente. Ma questi prodotti naturali provengono da risorse utilizzate anche per l'alimentazione, il carburante, l'edilizia e i trasporti".
Karen Wooley ha cercato altre fonti che non avessero queste applicazioni concorrenti. Il suo collega, il dottor Jeffery Tomberlin , ha suggerito un modo innovativo per riutilizzare i prodotti di scarto, sfruttando quelli derivati dall'allevamento delle mosche soldato nere . Questo settore emergente, al quale ha contribuito attivamente, ha un potenziale enorme.
Quest'estate, il team avvierà un progetto per scomporre la chitina in glucosamine, che ne costituiscono i singoli componenti. Queste piccole molecole di zucchero vengono utilizzate per creare bioplastiche come policarbonati e poliuretani , che sono in genere prodotte a partire da prodotti petrolchimici.
Le mosche soldato nere non sono solo ricche di composti utili come proteine, DNA, acidi grassi, lipidi e vitamine, ma il gruppo intende anche utilizzarle come preziose materie prime. Questi elementi costitutivi chimici vengono impiegati per creare prodotti progettati per decomporsi o degradarsi una volta smaltiti , evitando così di contribuire al problema dell'inquinamento da plastica.
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La visione della professoressa Wooley allinea il processo al concetto di economia circolare e sostenibile. Ha affermato: "In definitiva, vorremmo che gli insetti si nutrissero dei rifiuti di plastica, per poi raccoglierli nuovamente e recuperarne i componenti per produrre nuova plastica. In questo modo, gli insetti non solo sarebbero la fonte, ma si nutrirebbero anche della plastica di scarto."
Gli insetti immaturi, con le loro larve piene di una varietà di proteine e altri composti ricchi di nutrienti, vengono ora ampiamente coltivati per essere utilizzati come mangime per animali e per gestire in modo efficiente lo smaltimento dei rifiuti. D'altro canto, una volta terminati i loro giorni riproduttivi, gli adulti hanno una durata di vita relativamente breve e vengono successivamente scartati. Ma le mosche soldato adulte vengono utilizzate per produrre bioplastica.
Il team del professor Wooley ha utilizzato i resti di un esemplare adulto suggeriti da Jeffery Tomberlin per avviare il progetto. Cassidy Tibbetts , una studentessa laureata che lavora al progetto nel laboratorio di Wooley presso la Texas A&M University, ha affermato: "Stiamo prendendo qualcosa che è letteralmente spazzatura e ne stiamo ricavando qualcosa di utile".
Nel processo di produzione di bioplastica a partire da mosche soldato, Tibbetts ha scoperto che la chitina costituisce una componente significativa delle mosche morte. Questo polimero non tossico, derivato dallo zucchero, rinforza l'esoscheletro di insetti e crostacei. Attualmente, i produttori estraggono la chitina dai gusci di gamberi e granchi per diversi scopi. Tibbetts ha utilizzato tecniche simili per estrarre e purificare la chitina dalle carcasse degli insetti.
Secondo la professoressa Wooley, la chitina ricavata dalle mosche è potenzialmente più pura, in quanto non presenta la tipica tonalità giallastra o la consistenza densa del prodotto tradizionale. Ottenere la chitina dalle mosche può evitare i problemi legati alle allergie ai frutti di mare. Mentre altri ricercatori estraggono chitina o proteine dalle larve di mosca, il team della professoressa Wooley si distingue come il gruppo pioniere nell'utilizzo della chitina ricavata da mosche adulte scartate. A differenza delle larve, che vengono solitamente utilizzate come mangime, questo approccio unico li rende diversi.
Tibbetts sta perfezionando le tecniche di estrazione, mentre un altro studente di dottorato, Hongming Guo , sta convertendo la chitina di mosca purificata in un polimero chiamato chitosano. Rimuove i gruppi acetilici dalla chitina, esponendo i gruppi amminici chimicamente reattivi, il che consente la funzionalizzazione e la reticolazione. Seguendo questi passaggi, il chitosano può essere convertito in preziose bioplastiche come gli idrogel superassorbenti : intricate reti polimeriche con la straordinaria capacità di assorbire acqua.
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Guo ha sviluppato un idrogel in grado di assorbire rapidamente 47 volte il proprio peso in acqua . Secondo la professoressa Wooley, questo prodotto ha il potenziale per catturare l'acqua piovana nei terreni agricoli e rilasciare gradualmente l'umidità durante i futuri periodi di siccità. Spiega inoltre: "Qui in Texas, siamo costantemente alle prese con alluvioni o siccità, quindi ho cercato di capire come realizzare un idrogel superassorbente in grado di risolvere questo problema. Essendo biodegradabile, l'idrogel rilascerà lentamente i suoi componenti molecolari come nutrimento per le colture".
