Ученые на осенней конференции Американского химического общества в 2023 году представили экологически чистый биопластик, полученный из львинок. Карен Вули и ее команда извлекают хитин из черных львинок и превращают его в ценный биопластик, известный как хитозан. Этот биоразлагаемый пластик может поглощать много воды и может использоваться для борьбы с наводнениями и засухами. Процесс соответствует циклической экономике, используя насекомых для расщепления пластика и создания из него новых материалов.
Представьте себе, что вы используете силу насекомых для извлечения химикатов, которые можно использовать для создания экологически чистых пластиков, которые затем могут быть легко разложены этими же самыми насекомыми. Эта идея на самом деле более правдоподобна, чем может показаться на первый взгляд. Ученые обсудили достижения в извлечении и очистке химикатов из насекомых и превращении их в полезные биопластики.
Исследователи представили свои инновационные открытия на осенней конференции Американского химического общества (ACS) 2023 года. Карен Вули , доктор философии, руководитель проекта, сказала: «В течение 20 лет моя группа разрабатывала методы преобразования природных продуктов — таких как глюкоза, получаемая из сахарного тростника или деревьев, — в разлагаемые, усваиваемые полимеры, которые не сохраняются в окружающей среде. Но эти природные продукты добываются из ресурсов, которые также используются в пищевой промышленности, производстве топлива, строительстве и транспорте».
Карен Вули искала другие источники, не имеющие подобных конкурирующих применений. Ее коллега, доктор Джеффри Томберлин , предложил инновационный способ использования отходов, а именно отходов, получаемых при выращивании личинок черной львинки . Эта развивающаяся отрасль, в развитие которой он внес активный вклад, обладает огромным потенциалом.
Этим летом команда начнет проект по расщеплению хитина на глюкозамины, которые являются его отдельными компонентами. Эти небольшие молекулы сахара используются для создания биопластиков, таких как поликарбонаты и полиуретаны , которые обычно производятся из нефтепродуктов.
Черные львинки не только богаты полезными соединениями, такими как белки, ДНК, жирные кислоты, липиды и витамины, но и группа исследователей намерена использовать их в качестве ценного исходного материала. Эти химические строительные блоки используются для создания продуктов, которые разлагаются или распадаются при утилизации , тем самым предотвращая усугубление существующей проблемы загрязнения пластиком.
См. также : Переработка пластика для превращения его в полезное мыло.
Концепция профессора Вули согласует этот процесс с концепцией устойчивой экономики замкнутого цикла. Она сказала: «В конечном итоге мы хотели бы, чтобы насекомые питались отходами пластика, а затем мы бы снова собирали их и использовали их компоненты для производства нового пластика. Таким образом, насекомые были бы не только источником, но и потребляли бы выброшенный пластик».
Незрелые насекомые, личинки которых наполнены разнообразными белками и другими богатыми питательными веществами соединениями, в настоящее время широко культивируются для использования в качестве корма для животных и для эффективного управления утилизацией отходов. С другой стороны, после окончания периода размножения у взрослых особей продолжительность жизни относительно коротка, и их впоследствии выбрасывают. Но взрослых мух-солдаток используют для производства биопластика.
Команда профессора Вули использовала останки взрослого человека, предложенные Джеффри Томберлином, для начала своего проекта. Кэссиди Тиббетс , аспирантка, работающая над проектом в лаборатории Вули в Техасском университете A&M, сказала: «Мы берём буквально мусор и делаем из него что-то полезное».
В процессе производства биопластика из панцирей мух-солдат Тиббетс обнаружил, что хитин составляет значительную часть мертвых мух. Этот нетоксичный полимер, изготовленный из сахара, укрепляет экзоскелет насекомых и ракообразных. В настоящее время производители извлекают хитин из панцирей креветок и крабов для различных целей. Тиббетс использует аналогичные методы для извлечения и очистки хитина из тушек насекомых.
По ее словам, хитиновый порошок, полученный из мух, потенциально чище, поскольку не имеет обычного желтоватого оттенка или плотной консистенции, характерных для традиционного продукта. Получение хитина из мух позволяет избежать проблем, связанных с аллергией на морепродукты. В то время как другие исследователи извлекают хитин или белки из личинок мух, команда профессора Вули выделяется как новаторская группа, использующая хитин из выброшенных взрослых мух. В отличие от личинок, которые обычно используются в качестве корма, этот уникальный подход выделяет их среди других.
Тиббетс совершенствует методы экстракции, а другой аспирант, Хунмин Го , превращает очищенный хитин мух в полимер, называемый хитозаном. Он удаляет ацетильные группы из хитина, обнажая химически активные аминогруппы, что позволяет проводить функционализацию и сшивание. Следуя этим шагам, хитозан можно превратить в ценные биопластики, такие как суперабсорбентные гидрогели ; сложные полимерные сети с замечательной способностью поглощать воду.
Го разработала гидрогель, способный быстро поглощать воду в 47 раз больше своего веса . По словам профессора Вули, этот продукт потенциально может улавливать паводковые воды в почве сельскохозяйственных угодий и постепенно высвобождать влагу во время будущих засух. Она поясняет: «Здесь, в Техасе, мы постоянно сталкиваемся либо с наводнениями, либо с засухами, поэтому я пыталась придумать, как создать суперабсорбирующий гидрогель, который мог бы решить эту проблему. Поскольку гидрогель биоразлагаем, он будет медленно высвобождать свои молекулярные компоненты в качестве питательных веществ для растений».
Источник: Превращение мух в разлагаемый пластик.
