Új csodaanyagot fedeztek fel

A legtöbb műanyag ma olajból és gázból készül, ami számos környezeti problémához vezet, beleértve a szén-dioxid-kibocsátást és más szennyező anyagokat. A műanyagok használata is rendkívül pazarló, mivel a műanyaghulladék nagyon nehezen bomlik le a természetben, ami mikroműanyagokhoz vezet.

Emiatt a tudósok évek óta próbálnak biológiailag lebomló „bioműanyag” alternatívát találni, különösen növényi eredetű biopolimereket. Az ilyen „műanyagok” azonban gyengék, törékenyek, vagy rosszul tartják távol a nedvességet vagy az oxigént.

Emiatt gyakorlatilag nem helyettesíthetik az olyan dolgokat, mint az élelmiszer-csomagolóanyagok, a rostok vagy a tartós anyagok. „A növényi eredetű biopolimerek fenntartható alternatívái lehetnek a fosszilis alapú polimereknek, de gyenge anyagteljesítményük eddig korlátozta elterjedésüket” – magyarázta a csapat a Nature Communications című folyóiratban május 11-én megjelent tanulmányában.

Ennek érdekében a csapat úgy döntött, hogy a zein nevű kukoricafehérjét vizsgálja meg lehetséges alternatívaként. A zein már természetes módon létezik a kukoricában, és olyan dolgok mellékterméke, mint a kukorica feldolgozása és az etanolgyártás.

Ez az anyag biológiailag lebomló és megújuló is, de (más növényi eredetű műanyagokhoz hasonlóan) gyenge, törékeny és iparilag nem túl hasznos. Ennek leküzdésére a csapat ismét a természetből merített ihletet, és megvizsgálta, hogyan készítenek selymet a pókok a hálójukhoz.

A pókselyem köztudottan rendkívül erős, rugalmas, könnyű és biológiailag lebomló. Ha hasonló anyagot lehetne zeinnel lemásolni, akkor a kapott biopolimer érdekes lehetőségeket nyithatna meg a műanyag helyettesítésére.

A pókok érdekes módon dolgozzák fel a fehérjét a selyem fonása során, és a csapat elhatározta, hogy ezt a lehető legpontosabban lemásolja. Amikor a pókok selymet termelnek, a hasukban lévő mirigyek megváltoztatják a víztartalmat, szabályozzák a savasságot, elrendezik a fehérjéket, és hatékonyan átszervezik a molekuláris kötéseket.

Ez nagyon erős belső szerkezetet eredményez a selyemben, így (font fontonként) a Föld egyik legnagyobb szakítószilárdságú anyaga. Ahelyett, hogy a kukoricafehérjét egyszerűen megolvasztották vagy kémiailag feldolgozták volna, mint a normál műanyagokat, a csapat egy selyem ihlette módszert alkalmazott a fehérjemolekulák átszervezésére.

Ezáltal a zeinfehérjék hatékonyabban rendeződtek el és kötődtek egymáshoz. Ez az elrendezés teszi az új biopolimert ilyen erőssé. Az új polimer felhasználásával a csapat szálakat, vékony lemezeket és filmet állított elő, így létrehozva valamit, amit „plantymernek” neveztek el.

Ez az anyag erős és megfelelő, kiváló víz- és oxigénzáró tényező, és ami a legfontosabb, biológiailag lebomló. A csapat szerint akár 80%-a is lebomolhat egy hónapon belül, ha talajjal érintkezik.

Bár érdekes, fontos megjegyezni, hogy ez még mindig a kutatás és fejlesztés fázisában van. Még sok ismeretlen kérdésre kell választ találni, mielőtt valaha is kihívást jelenthetne a hagyományos műanyagok számára – írja az Interesting Engineering.

Például, a termelés laboratóriumon kívül is kiterjeszthető? Elő lehet-e állítani elegendő zeint anélkül, hogy az befolyásolná az élelmiszertermelést? Mennyire tartós a „plantymer” az idő múlásával? Hogyan reagál a hő- és fényhatásra az idő múlásával? Van-e bármilyen ipari hasznossága?

Akárhogy is van, az új anyag mindenképpen egy lépés a helyes irányba. „Megmutattuk, hogy a pókselyem által ihletett fehérjeanyagok feldolgozása alkalmazható bőségesen rendelkezésre álló növényi fehérjékre, például a kukoricából származó zeinre” – tette hozzá a csapat.