Ученые предложили использовать насекомых для создания биоразлагаемых пластмасс

Представьте себе, что однажды насекомых начнут использовать в качестве источника химических веществ для производства пластмасс, которые впоследствии разлагаются — с помощью того же самого насекомого.

Эта концепция ближе к реальности, чем можно было бы предположить. В тексте исследователи поделятся свежей информацией о достигнутых к настоящему времени результатах, включая выделение и очистку химических веществ, полученных из насекомых, и их превращение в функциональные биопластики.

Исследователи представят свои результаты на осенней встрече Американского химического общества (ACS). ACS Fall 2023 — это гибридная встреча, которая проводится в виртуальном и очном формате с 13 по 17 августа и включает в себя около 12 000 презентаций по широкому спектру научных тем.

В течение 20 лет моя группа разрабатывала методы превращения природных продуктов — таких как глюкоза, получаемая из сахарного тростника или деревьев, — в разлагаемые, легкоусвояемые полимеры, которые не сохраняются в окружающей среде, — рассказывает Карен Вули, доктор философии, главный исследователь проекта.

Но эти природные продукты добываются из ресурсов, которые также используются для производства продуктов питания, топлива, строительства и транспорта.

Поэтому Вули начала поиск альтернативных источников, которые не имели бы таких конкурирующих применений. Ее коллега Джеффри Томберлин, доктор философии, предложил использовать отходы, остающиеся после выращивания черных солдатских мух (другое название, более понятное русскоязычной аудитории — черная львинка) — отрасли, которую он помогает развивать.

Личинки этих мух содержат много белков и других питательных соединений, поэтому неполовозрелых насекомых все чаще выращивают на корм животным и для употребления отходов. Однако взрослые особи имеют короткий срок жизни после окончания периода размножения и затем выбрасываются. По предложению Томберлина, тушки этих взрослых особей стали новым исходным материалом для команды Вули.

Мы берем то, что в буквальном смысле является мусором, и делаем из этого что-то полезное, — отмечает Кэссиди Тиббетс, аспирант, работающий над проектом в лаборатории Вули в Техасском университете A&M.

Исследовав мертвых мух, Тиббетс определила, что одним из основных компонентов является хитин. Этот нетоксичный, биоразлагаемый полимер на основе сахара укрепляет панцирь, или экзоскелет, насекомых и ракообразных. Производители уже извлекают хитин из панцирей креветок и крабов для различных целей, и Тиббетс применяет аналогичные методы с использованием промывки этанолом, кислотной деминерализации, основной депротеинизации и обесцвечивания отбеливателем для извлечения и очистки хитина из тушек насекомых.

По ее словам, хитиновый порошок, полученный из черных львинок, вероятно, более чистый, поскольку не имеет желтоватого цвета и комковатой консистенции, характерной для традиционного продукта. Она также отмечает, что получение хитина из мух позволяет избежать возможной аллергии на некоторые морепродукты. Некоторые другие исследователи выделяют хитин или белки из личинок мух, но Вули утверждает, что ее команда — первая из известных ей, кто использует хитин из выброшенных взрослых мух, которые, в отличие от личинок, не используются в качестве корма.

Пока Тиббетс продолжает совершенствовать свои методы выделения, Хонгминг Го, другой аспирант из лаборатории Вули, занимается превращением очищенного хитина мух в аналогичный полимер, известный как хитозан. Для этого он отщепляет ацетильные группы хитина. В результате образуются химически активные аминогруппы, которые могут быть функционализированы и затем сшиты. В результате хитозан превращается в полезные биопластики, такие как суперабсорбирующие гидрогели, представляющие собой трехмерные полимерные сети, поглощающие воду.

Гуо создал гидрогель, способный поглощать воду в 47 раз больше своего веса всего за одну минуту. По словам Вули, этот продукт может быть использован в почве пахотных земель для улавливания паводковых вод и последующего медленного высвобождения влаги во время засухи.

Здесь, в Техасе, мы постоянно находимся либо в ситуации наводнения, либо в ситуации засухи, — объясняет она, — поэтому я пыталась придумать, как мы можем сделать суперабсорбирующий гидрогель, который мог бы решить эту проблему. А поскольку гидрогель является биоразлагаемым, то, по ее словам, он должен постепенно высвобождать свои молекулярные компоненты в качестве питательных веществ для сельскохозяйственных культур.

Этим летом команда приступает к реализации проекта по расщеплению хитина до мономерных глюкозаминов. Эти небольшие молекулы сахара будут затем использоваться для производства биопластиков, таких как поликарбонаты или полиуретаны, которые традиционно изготавливаются из нефтехимических продуктов. Черные мухи-солдатики также содержат множество других полезных соединений, которые группа планирует использовать в качестве исходных материалов, включая белки, ДНК, жирные кислоты, липиды и витамины.

Предполагается, что продукты, созданные из этих химических компонентов, будут разлагаться или перевариваться при утилизации, что позволит не усугублять существующую проблему загрязнения окружающей среды пластиком. По замыслу Вули, этот процесс должен соответствовать концепции устойчивой, циркулярной экономики.

В конечном счете, мы хотели бы, чтобы насекомые питались отходами пластика, а затем мы бы снова собирали их и собирали их компоненты для производства новых пластиков, — заключает она.

Таким образом, насекомые не только являются источником, но и потребляют отработанные пластики.

14.08.2023