Forskare vid American Chemical Societys höstkonferens 2023 presenterade miljövänlig bioplast genererad från soldatflugor. Karen Wooley och hennes team utvinner kitin från svarta soldatflugor och omvandlar det till värdefull bioplast som kallas kitosan. Denna biologiskt nedbrytbara plast kan absorbera mycket vatten och skulle kunna användas för att hjälpa till vid översvämningar och torka. Processen är i linje med en cirkulär ekonomi, där insekter används för att bryta ner plast och skapa nya material av den.
Tänk dig bara att utnyttja insekters kraft för att utvinna kemikalier som kan användas för att skapa miljövänliga plaster, vilka sedan lätt kan brytas ner av just dessa insekter. Denna idé är faktiskt mer rimlig än den först kan verka. Forskare diskuterade framsteg inom utvinning och raffinering av kemikalier från insekter och omvandling av dem till användbara bioplaster.
Forskarna presenterade sina innovativa upptäckter vid American Chemical Societys (ACS) höstkonferens 2023. Karen Wooley , Ph.D., projektets huvudforskare, sa: ”I 20 år har min grupp utvecklat metoder för att omvandla naturprodukter – såsom glukos som utvinns från sockerrör eller träd – till nedbrytbara, smältbara polymerer som inte kvarstår i miljön. Men dessa naturprodukter skördas från resurser som också används för livsmedel, bränsle, byggnation och transport.”
Karen Wooley sökte efter andra källor som inte hade dessa konkurrerande tillämpningar. Hennes kollega, Dr. Jeffery Tomberlin , har föreslagit ett innovativt sätt att använda avfallsprodukter genom att utnyttja de som härrör från odling av svarta soldatflugor . Denna framväxande industri, som han aktivt har bidragit till, har enorm potential.
I sommar kommer teamet att starta ett projekt för att bryta ner kitin till glukosaminer, vilka är dess individuella komponenter. Dessa små sockermolekyler används för att skapa bioplaster som polykarbonater och polyuretaner , vilka vanligtvis tillverkas av petrokemikalier.
De svarta soldatflugorna är inte bara rika på användbara föreningar som proteiner, DNA, fettsyror, lipider och vitaminer, utan gruppen avser också att använda dem som värdefulla utgångsmaterial. Dessa kemiska byggstenar används för att skapa produkter som är utformade för att brytas ner när de kasseras , och därigenom undvika att bidra till det befintliga problemet med plastföroreningar.
Se även : Uppåtvinning av plast för att omvandla den till användbar tvål
Professor Wooleys vision riktar processen mot konceptet hållbar, cirkulär ekonomi. Hon sa: ”I slutändan vill vi att insekterna ska äta plastavfallet som sin födokälla, och sedan skörda dem igen och samla in deras komponenter för att tillverka ny plast. Så insekterna skulle inte bara vara källan, utan de skulle också konsumera den kasserade plasten.”
De omogna insekterna, med sina larver fyllda med en mängd olika proteiner och andra näringsrika föreningar, odlas nu i stor utsträckning för att fungera som djurfoder och för att effektivt hantera avfallshantering. Å andra sidan, när deras fortplantningsdagar är över, har vuxna insekter en relativt kort livslängd och kastas därefter åt sidan. Men vuxna soldatflugor används för att tillverka bioplast.
Professor Wooleys team använde de vuxna kvarlevor som föreslagits av Jeffery Tomberlin för att starta sitt projekt. Cassidy Tibbetts , en doktorand som arbetar med projektet i Wooleys laboratorium vid Texas A&M University, sa: "Vi tar något som bokstavligen talat är skräp och gör något användbart av det."
I processen med bioplast som genereras från soldatflugor fann Tibbetts att kitin var en betydande del av de döda flugorna. Denna giftfria polymer, tillverkad av socker, stärker exoskelettet hos insekter och kräftdjur. Tillverkare utvinner för närvarande kitin från räk- och krabbskal för olika ändamål. Tibbetts har använt liknande tekniker för att utvinna och rena kitin från insektskroppar.
Enligt henne är kitinpulvret som kommer från flugor potentiellt renare eftersom det inte har den vanliga gulaktiga nyansen eller täta konsistensen som finns i den traditionella produkten. Att utvinna kitin från flugor kan undvika oro för skaldjursallergier. Medan andra forskare utvinner kitin eller proteiner från fluglarver, sticker professor Wooleys team ut som den banbrytande gruppen som använder kitin från kasserade vuxna flugor. Till skillnad från larverna, som vanligtvis används som foder, skiljer sig denna unika metod från mängden.
Tibbetts förbättrar extraktionstekniker, medan en annan doktorand, Hongming Guo , omvandlar renat flugkitin till en polymer som kallas kitosan. Han tar bort acetylgrupper från kitin, vilket exponerar kemiskt reaktiva aminogrupper, vilket möjliggör funktionalisering och tvärbindning. Genom att följa dessa steg kan kitosan omvandlas till värdefulla bioplaster som superabsorberande hydrogeler ; invecklade polymernätverk med den anmärkningsvärda förmågan att absorbera vatten.
Se även : Möt bakterierna som kan rädda planeten från det ständigt växande plastproblemet
Guo utvecklade en hydrogel som snabbt kan absorbera 47 gånger sin egen vikt i vatten . Enligt professor Wooley har denna produkt potential att fånga upp översvämningsvatten i åkermark och gradvis frigöra fukt under framtida torka. Hon förklarar vidare: " Här i Texas befinner vi oss ständigt i en översvämnings- eller torksituation, så jag har försökt tänka på hur vi kan tillverka en superabsorberande hydrogel som kan åtgärda detta. Eftersom hydrogel är biologiskt nedbrytbar kommer den långsamt att frigöra sina molekylära komponenter som näring för grödor."
