2023年にアメリカ化学会が秋に開催した会議で、科学者らはミミズアブから生成される環境に優しいバイオプラスチックを紹介した。カレン・ウーリーと彼女のチームは、ミミズアブからキチンを抽出し、キトサンとして知られる貴重なバイオプラスチックに変えている。この生分解性プラスチックは大量の水を吸収できるため、洪水や干ばつの対策に利用できる可能性がある。このプロセスは、昆虫を利用してプラスチックを分解し、そこから新しい材料を作り出すという循環型経済に沿ったものだ。
昆虫の力を利用して化学物質を抽出し、環境に優しいプラスチックを製造し、そのプラスチックを昆虫が簡単に分解することを想像してみてください。このアイデアは、一見するよりもずっと現実的です。科学者たちは、昆虫から化学物質を抽出して精製し、それを有用なバイオプラスチックに変える進歩について議論しました。
研究者たちは、2023年秋季アメリカ化学会（ACS）会議で、革新的な発見を発表した。プロジェクトの主任研究者であるカレン・ウーリー博士は、 「私たちの研究グループは20年間、サトウキビや樹木から得られるグルコースなどの天然物を、環境中に残留しない分解性・消化性ポリマーに変換する方法を開発してきました。しかし、これらの天然物は、食料、燃料、建設、輸送にも使用される資源から採取されています」と述べた。
カレン・ウーリーは、こうした競合する用途のない他の供給源を探した。彼女の同僚であるジェフリー・トンバーリン博士は、アメリカミズアブの養殖から得られる廃棄物を利用するという革新的な方法を提案している。彼が積極的に貢献してきたこの新興産業は、計り知れない可能性を秘めている。
今夏、研究チームはキチンをグルコサミン（キチンを構成する個々の成分）に分解するプロジェクトを開始する。これらの小さな糖分子は、ポリカーボネートやポリウレタンといったバイオプラスチックの製造に用いられる。これらのバイオプラスチックは通常、石油化学製品から作られる。
アメリカミズアブは、タンパク質、DNA、脂肪酸、脂質、ビタミンなどの有用な化合物が豊富に含まれているだけでなく、研究グループはそれらを貴重な原料として活用することも計画している。これらの化学的な構成要素を用いて、廃棄時に分解または分解するように設計された製品を製造することで、既存のプラスチック汚染問題への加担を回避することを目指している。
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ウーリー教授の構想は、持続可能な循環型経済の概念に沿ったものです。彼女は、「最終的には、昆虫が廃棄プラスチックを食料源として食べ、その後、昆虫を再び収穫してその成分を回収し、新しいプラスチックを作ることを目指しています。つまり、昆虫はプラスチックの供給源となるだけでなく、廃棄されたプラスチックを消費する役割も担うことになるのです」と述べています。
幼虫の体内にさまざまなタンパク質や栄養豊富な化合物が詰まったこの幼虫は、現在、家畜の飼料や廃棄物の効率的な処理のために広く栽培されている。一方、繁殖期を終えた成虫の寿命は比較的短いため、その後は廃棄される。しかし、成虫のミミズはバイオプラスチックの製造に利用されている。
ウーリー教授の研究チームは、ジェフリー・トンバーリン氏が提案した成人の遺骸を基にプロジェクトを開始した。テキサスA&M大学のウーリー研究室でこのプロジェクトに携わる大学院生、キャシディ・ティベッツ氏は、 「私たちは文字通りゴミのようなものから、何か役に立つものを作り出しているのです」と語った。
アメリカミズアブからバイオプラスチックを生成する過程で、ティベッツ氏は死んだミズアブの重要な成分としてキチンを発見した。この無毒のポリマーは糖から作られ、昆虫や甲殻類の外骨格を強化する。現在、製造業者はさまざまな目的でエビやカニの殻からキチンを抽出している。ティベッツ氏は同様の技術を用いて、昆虫の死骸からキチンを抽出・精製している。
彼女によると、ハエから採取したキチン粉末は、従来の製品に見られるような黄色みがかった色合いや密度の高さがないため、より純度が高い可能性があるという。ハエからキチンを得ることで、魚介類アレルギーの懸念を回避できる。他の研究者はハエの幼虫からキチンやタンパク質を抽出しているが、ウーリー教授のチームは、廃棄された成虫のハエからキチンを利用する先駆的なグループとして際立っている。通常飼料として利用される幼虫とは異なり、この独自のアプローチが彼らを際立たせている。
ティベッツ氏は抽出技術の改良に取り組んでいる一方、別の大学院生であるホンミン・グオ氏は、精製したハエのキチンをキトサンと呼ばれるポリマーに変換している。彼はキチンからアセチル基を除去し、化学的に反応性の高いアミノ基を露出させることで、官能基化と架橋を可能にする。これらの手順を踏むことで、キトサンは超吸収性ハイドロゲルなどの貴重なバイオプラスチックに変換できる。ハイドロゲルは、水を吸収する驚異的な能力を持つ複雑なポリマーネットワークである。
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郭氏は、自重の47倍もの水を素早く吸収できるハイドロゲルを開発した。ウーリー教授によると、この製品は農地の土壌に洪水水を閉じ込め、将来の干ばつ時に徐々に水分を放出する可能性を秘めているという。彼女はさらに、「ここテキサスでは、洪水か干ばつのどちらかに常に悩まされているので、この問題に対処できる超吸収性ハイドロゲルをどう作れるかずっと考えてきました。ハイドロゲルは生分解性なので、その分子成分をゆっくりと放出し、作物の栄養分として利用されるでしょう」と説明した。
