Nature Chemical Engineering: Ученые реанимировали полимер для средств очистки

Микропластик представляет собой опасность для окружающей среды, встречающуюся почти повсеместно на Земле и образующуюся в результате распада шин, одежды и пластиковой упаковки. Еще один значительный источник микропластика — крошечные бусинки, которые добавляют в некоторые чистящие средства, косметику и другие косметические продукты.

Стремясь отсечь часть микропластика у его источника, исследователи Массачусетского технологического института разработали класс биоразлагаемых материалов, которые могут заменить пластиковые шарики, используемые сейчас в косметических средствах. Эти полимеры распадаются на безвредные сахара и аминокислоты.

Один из способов смягчить проблему микропластика — это выяснить, как очистить существующее загрязнение. Но не менее важно смотреть вперед и сосредоточиться на создании материалов, которые не будут создавать микропластик в первую очередь, — говорит Ана Якленец, главный исследователь из Института интегративных исследований рака имени Коха при Массачусетском технологическом институте.

Эти частицы могут найти и другое применение». В новом исследовании Якленец и ее коллеги показали, что частицы можно использовать для инкапсуляции питательных веществ, таких как витамин А. Обогащение продуктов питания инкапсулированным витамином А и другими питательными веществами могло бы помочь некоторым из 2 миллиардов людей во всем мире, страдающих от дефицита питательных веществ.

Якленец и Роберт Лангер, профессор Института MIT и член Института Коха, являются старшими авторами работы, которая опубликована сегодня в журнале Nature Chemical Engineering. Ведущий автор работы — Линьцзысюань (Рода) Чжан, аспирантка химического факультета Массачусетского технологического института.

Биоразлагаемые пластики

В 2019 году Якленец, Лангер и другие сообщили о полимерном материале, который, по их мнению, может быть использован для инкапсуляции витамина А и других необходимых питательных веществ. Они также обнаружили, что у людей, употреблявших хлеб из муки, обогащенной инкапсулированным железом, повысился уровень железа.

Однако с тех пор Европейский союз классифицировал этот полимер, известный как BMC, как микропластик и включил его в запрет, который вступил в силу в 2023 году. В результате Фонд Билла и Мелинды Гейтс, финансировавший оригинальное исследование, обратился к команде Массачусетского технологического института с просьбой разработать альтернативу, которая была бы более экологичной.

Исследователи под руководством Чжана обратились к типу полимера, который ранее разработала лаборатория Лангера, — поли (бета-аминоэфирам). Эти полимеры, которые зарекомендовали себя как средства доставки генов и другие медицинские приложения, являются биоразлагаемыми и распадаются на сахара и аминокислоты.

Изменяя состав строительных блоков материала, исследователи могут регулировать такие свойства, как гидрофобность (способность отталкивать воду), механическая прочность и чувствительность к рН. Создав пять различных материалов-кандидатов, команда Массачусетского технологического института протестировала их и выявила один, который, как оказалось, имел оптимальный состав для применения в микропластике, включая способность растворяться при воздействии кислой среды, например, желудка.

Исследователи показали, что могут использовать эти частицы для инкапсуляции витамина А, а также витамина D, витамина Е, витамина С, цинка и железа. Многие из этих питательных веществ подвержены разрушению под воздействием тепла и света, но, будучи заключенными в частицы, исследователи обнаружили, что питательные вещества выдерживают воздействие кипящей воды в течение двух часов.

Они также показали, что даже после хранения в течение шести месяцев при высокой температуре и влажности более половины инкапсулированных витаминов остались неповрежденными.

Чтобы продемонстрировать потенциал обогащения продуктов питания, исследователи включили частицы в бульонные кубики, которые широко употребляются во многих африканских странах. Они обнаружили, что при включении в бульон питательные вещества остаются нетронутыми после двухчасового кипячения.

Бульон является основным ингредиентом в странах Африки к югу от Сахары и открывает широкие возможности для улучшения питания многих миллиардов людей в этих регионах, — говорит Якленец.

В этом исследовании ученые также проверили безопасность частиц, подвергнув их воздействию культивированных клеток кишечника человека и измерив их влияние на клетки. При дозах, которые используются для обогащения продуктов питания, они не обнаружили никакого вреда для клеток.

Лучшее очищение

Чтобы изучить способность частиц заменить микробисер, который часто добавляют в чистящие средства, исследователи смешали их с мыльной пеной. Эта смесь, как они обнаружили, могла удалить с кожи перманентный маркер и водостойкую подводку для глаз гораздо эффективнее, чем мыло в отдельности.

Мыло, смешанное с новым микропластиком, оказалось более эффективным, чем чистящее средство, в состав которого входят полиэтиленовые микробисерки, обнаружили исследователи. Они также обнаружили, что новые биоразлагаемые частицы лучше поглощают потенциально токсичные элементы, такие как тяжелые металлы.

Мы хотели использовать этот опыт в качестве первого шага, чтобы продемонстрировать, как можно разработать новый класс материалов, расширить существующие категории материалов, а затем применить их в различных областях, — говорит Чжан.

Получив грант от Estée Lauder, исследователи теперь работают над дальнейшими испытаниями микробисера в качестве очищающего средства и, возможно, в других областях применения. В конце этого года они планируют провести небольшое испытание на людях. Они также собирают данные о безопасности, которые могут быть использованы для подачи заявки на получение классификации GRAS (generally regarded as safe) от Управления по контролю за продуктами и лекарствами США, и планируют провести клинические испытания продуктов, обогащенных этими частицами.

Исследователи надеются, что их работа поможет значительно сократить количество микропластика, попадающего в окружающую среду из товаров для красоты и здоровья.

Это лишь одна небольшая часть более широкой проблемы микропластика, но мы как общество начинаем признавать серьезность проблемы. Эта работа — шаг вперед в ее решении, — говорит Якленец.

Полимеры невероятно полезны и необходимы для бесчисленных применений в нашей повседневной жизни, но у них есть и отрицательные стороны. Это пример того, как мы можем уменьшить некоторые из этих негативных аспектов.

Ранее ученые сообщили, что ультрафиолет повышает эффективность пылесосов в борьбе с микробами.

06.12.2024