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 innovative scoperte alla conferenza autunnale 2023 dell'American Chemical Society (ACS). Karen Wooley, Ph.D., il principale ricercatore del progetto, ha affermato: "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 quei prodotti naturali vengono raccolti da risorse che vengono utilizzate anche per cibo, carburante, edilizia e trasporti".
Karen Wooley ha cercato altre fonti che non avessero queste applicazioni concorrenti. Il suo collega, Dott. Jeffery Tomberlin, ha suggerito un modo innovativo per utilizzare i prodotti di scarto utilizzando quelli derivati da allevamento mosche soldato nereQuesto settore emergente, a cui ha contribuito attivamente, ha un potenziale immenso.
Quest'estate, il team inizierà un progetto per scomporre la chitina in glucosamine, che sono i suoi singoli componenti. Queste piccole molecole di zucchero sono utilizzate per creare bioplastiche come policarbonati e poliuretani, che sono solitamente realizzati 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 utilizzarli come materiali di partenza preziosi. Questi elementi chimici di base vengono utilizzati per creare prodotti che sono progettato per decomporsi o rompersi quando viene scartato, evitando così di contribuire in alcun modo al problema esistente dell'inquinamento causato dalla plastica.
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Il professor Wooley la visione allinea il processo con il concetto di economia sostenibile e circolare. Ha detto, "In definitiva, vorremmo che gli insetti mangiassero la plastica di scarto come fonte di cibo, e poi li raccoglieremmo di nuovo e ne raccoglieremmo i componenti per creare nuova plastica. Quindi gli insetti non sarebbero solo la fonte, ma consumerebbero anche la plastica scartata".
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 dell'adulto suggerito da Jeffery Tomberlin per avviare il loro progetto. Cassidy Tibbett, uno studente laureato che lavora al progetto nel laboratorio di Wooley alla Texas A&M University, ha affermato: "Stiamo prendendo qualcosa che è letteralmente spazzatura e ne stiamo ricavando qualcosa di utile."
Nel processo di bioplastica generata dalle mosche soldato, Tibbetts ha scoperto la chitina è una parte significativa delle mosche morte. Questo polimero non tossico, ricavato dallo zucchero, rafforza l'esoscheletro di insetti e crostacei. I produttori attualmente estraggono la chitina dai gusci di gamberi e granchi per scopi diversi. Tibbetts ha utilizzato tecniche simili per estrarre e purificare la chitina dalle carcasse di insetti.
Secondo lei, il la polvere di chitina ricavata dalle mosche è potenzialmente più pura poiché non possiede la solita tonalità giallastra o la consistenza densa che si trovano nel prodotto tradizionale. Ottenere la chitina dalle mosche può evitare preoccupazioni sulle allergie ai frutti di mare. Mentre altri ricercatori estraggono la chitina o le proteine dalle larve delle mosche, il team del Prof. Wooley si distingue come il gruppo pioniere nell'utilizzare la chitina dalle mosche adulte scartate. A differenza delle larve, che sono solitamente utilizzate per l'alimentazione, questo approccio unico le distingue.
Tibbetts sta migliorando le tecniche di estrazione, mentre un altro studente laureato, Guo Hongming, è conversione della chitina di mosca purificata in un polimero chiamato chitosano. Rimuove i gruppi acetile dalla chitina, esponendo i gruppi amminici chimicamente reattivi, che consentono la funzionalizzazione e la reticolazione. Seguendo questi passaggi, il chitosano può essere convertito in preziose bioplastiche come gli idrogel superassorbenti; reti polimeriche complesse con la straordinaria capacità di assorbire acqua.
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Guo ha sviluppato un idrogel che può rapidamente assorbire 47 volte il suo peso in acqua. Secondo la professoressa Wooley, questo prodotto ha il potenziale di catturare l'acqua delle inondazioni nel terreno coltivato e rilasciare gradualmente l'umidità durante le future siccità. Spiega inoltre, "Qui in Texas, siamo costantemente in una situazione di inondazione o siccità, quindi ho cercato di pensare a come possiamo realizzare un idrogel superassorbente che possa risolvere questo problema. Poiché l'idrogel è biodegradabile, rilascerà lentamente i suoi componenti molecolari come nutrimento per le colture".
