Кальмары как экологически чистая альтернатива пластмассе

Кальмары как экологически чистая альтернатива пластмассе

Замечательные свойства недавно обнаруженного кальмарного белка могут произвести революцию в материалах, недостижимую при использовании обычного пластика, говорится в обзоре, опубликованном в журнале Frontiers in Chemistry. Происходящий из окольцованных зубов хищных рук кальмара, этот белок может быть переработан в волокна и пленку с применением от умной одежды для мониторинга здоровья до самозаживляющихся тканей вторичной переработки, которые снижают загрязнение микропластиком.

Материалы, изготовленные из этого белка, являются экологически чистыми и поддаются биологическому разложению, а устойчивое крупномасштабное производство достигается с использованием методов лабораторной культуры. «Белки кальмаров могут быть использованы для производства материалов следующего поколения в различных областях, включая энергетику и биомедицину, а также в секторе безопасности и обороны», - говорит Мелик Демирел, заведующий кафедрой биомиметических материалов и директор Центра исследований передовых волоконных технологий (CRAFT) Университета штата Пенн, США. «Мы рассмотрели современные знания о материалах на основе кольцевых зубьев кальмаров, которые являются отличной альтернативой пластмассе, так как они экологически безопасны и экологичны».


«Когда человечество просыпается после 100-летней вечеринки по производству пластмасс, мы начинаем прислушиваться к предостережениям природы и ее решениям. Природа производит разнообразные интеллектуальные материалы, способные воспринимать окружающую среду, самовосстанавливаться и выполнять исключительные механические функции. Эти материалы, или биополимеры, обладают уникальными физическими свойствами, которые трудно обнаружить в синтетических полимерах, таких как пластик. Важно отметить, что биополимеры устойчивы и могут быть спроектированы таким образом, чтобы улучшить их физические свойства», - объясняет Демирель.

Океаны, которые несут на себе основную тяжесть загрязнения пластиком, находятся в центре поиска устойчивых альтернатив. Недавно открытый белок из кольцевых зубов кальмаров (SRT) - круговые хищные придатки, расположенные на присосках кальмаров, которые используются для захвата добычи, - вызвал интерес благодаря своим замечательным свойствам и устойчивому производству. Эластичность, гибкость и прочность материалов на основе SRT, а также их самовосстанавливающиеся, оптические, тепловые и электропроводящие свойства можно объяснить разнообразием молекулярных схем, которые они могут принять. SRT белки состоят из структурных блоков, расположенных таким образом, что происходит микрофазовое разделение. Такая ситуация схожа с ситуацией с нефтью и водой, но в гораздо меньшем нано-масштабе. Блоки не могут полностью отделиться друг от друга для создания двух разных слоев, поэтому вместо этого создаются формы молекулярного уровня, такие как повторяющиеся цилиндрические блоки, неупорядоченные спутанные или упорядоченные слои. Образующиеся формы диктуют свойства материала, и ученые экспериментировали с ними, чтобы производить продукты на основе SRT для различных целей.

В текстильной промышленности белок SRT может бороться с одним из основных источников загрязнения микропластиком, обеспечивая износостойкое покрытие, снижающее эрозию микрофибры в стиральных машинах. Аналогичным образом, самозаживляющееся белковое покрытие SRT может повысить долговечность и безопасность биохимических имплантатов, подверженных повреждениям, а также одежды, специально разработанной для защиты от химических и биологических боевых агентов.


Можно даже смешать несколько слоев белков SRT с другими соединениями или технологиями, что может привести к созданию умной одежды, которая может защитить нас от загрязнения воздуха, одновременно следя за нашим здоровьем. Оптические свойства материалов на основе SRT означают, что эта одежда может также отображать информацию о нашем здоровье или окружающей среде. В настоящее время разрабатываются гибкие фотонные устройства на основе SRT - компоненты, которые создают, манипулируют или обнаруживают свет, такие как светодиоды и оптические дисплеи, которые обычно производятся из твердых материалов, таких как стекло и кварц. «Фотоника SRT биосовместима и биоразлагаема, поэтому может использоваться не только для изготовления носимых мониторов здоровья, но и имплантируемых устройств для биосигнализации и биообнаружения», - добавляет Демирель.

Одним из главных преимуществ материалов на основе SRT по сравнению с синтетическими материалами и пластмассами из ископаемых видов топлива является их экологичность. белки SRT дешево и легко вырабатываются из возобновляемых ресурсов, и исследователи нашли способ их производства, не ловя кальмаров. «Мы не хотим истощать природные ресурсы кальмаров и поэтому производим эти белки в генетически модифицированных бактериях. Процесс основан на ферментации и использует сахар, воду и кислород для производства биополимеров», - объясняет Демирель.

Следует надеяться, что прототипы на основе СЭРТ вскоре станут более доступными, однако необходимы дальнейшие разработки. Демирель объясняет: «Масштабирование этих материалов требует дополнительной работы. В настоящее время мы работаем над технологией обработки этих материалов, чтобы сделать их доступными в промышленности.»