Uporaba žuželke kot vir kemikalij za izdelavo plastike, ki se lahko kasneje biološko razgradi – s pomočjo te iste vrste žuželk. Sliši se znanstvena fantastika, vendar bodo raziskovalci opisali svoj dosedanji napredek na jesenskem srečanju Ameriškega kemijskega združenja (ACS), vključno z izolacijo in čiščenjem kemikalij, pridobljenih iz žuželk, ter njihovo pretvorbo v funkcionalno bioplastiko.
Kako iz žuželk izdelati plastiko?
»Moja skupina že 20 let razvija metode za pretvorbo naravnih proizvodov – kot je glukoza, pridobljena iz sladkornega trsa ali dreves – v razgradljive, prebavljive polimere, ki niso obstojni v okolju,« pravi dr. Karen Wooley, glavna raziskovalka projekta. »Toda ti naravni proizvodi so pridelani iz virov, ki se uporabljajo tudi za hrano, gorivo, gradnjo in prevoz.«
Tako je Wooley začela iskati alternativne vire, ki ne bi imeli teh konkurenčnih aplikacij. Njen kolega dr. Jeffery Tomberlin je predlagal, da bi lahko uporabila odpadne proizvode, ki ostanejo pri gojenju muh črnih vojakov, rastoči industriji, ki jo je pomagal razviti.
Ličinke teh muh vsebujejo veliko beljakovin in drugih hranilnih spojin, zato nezrele žuželke vse pogosteje gojijo za živalsko krmo in uživanje odpadkov. Vendar pa imajo odrasli kratko življenjsko dobo po končanem dnevu razmnoževanja in se nato zavržejo.
Na Tomberlinov predlog so ti odrasli trupi postali nov začetni material za Wooleyjevo ekipo. »Vzamemo nekaj, kar so dobesedno smeti, in iz tega naredimo nekaj koristnega,« pravi Cassidy Tibbetts, podiplomska študentka, ki dela na projektu v Wooleyjevem laboratoriju na teksaški univerzi A&M.
Glavna sestavina muh je kitin, ki bi igral pomembno vlogo pri izdelovanju bioplastike
Ko je Tibbetts pregledala mrtve muhe, je ugotovila, da je kitin glavna sestavina. Ta nestrupen, biološko razgradljiv polimer na osnovi sladkorja krepi oklep ali eksoskelet žuželk in rakov. Proizvajalci že ekstrahirajo hitin iz oklepov kozic in rakov za različne namene, Tibbetts pa uporablja podobne tehnike z uporabo izpiranja z etanolom, kisle demineralizacije, bazične deproteinizacije in razbarvanja z belilom, da ga ekstrahira in očisti iz trupov žuželk. Pravi, da je njen hitin v prahu, pridobljen iz muh, verjetno čistejši, saj nima rumenkaste barve in grudaste teksture tradicionalnega izdelka.
Ugotavlja tudi, da bi se s pridobivanjem hitina iz muh lahko izognili morebitnim pomislekom glede nekaterih alergij na morsko hrano. Nekateri drugi raziskovalci izolirajo hitin ali beljakovine iz ličink muh, vendar Wooley pravi, da je njena ekipa prva, za katero ve, da uporablja hitin iz zavrženih odraslih muh, ki se – za razliko od ličink – ne uporabljajo za krmo.
Nastal bi supervpojni hidrogel
Medtem ko Tibbetts še naprej izpopolnjuje svoje tehnike ekstrakcije, Hongming Guo, še en podiplomski študent v Wooleyjevem laboratoriju, pretvarja očiščen mušji hitin v podoben polimer, znan kot hitozan. To naredi tako, da odstrani acetilne skupine hitina. To izpostavi kemično reaktivne amino skupine, ki jih je mogoče funkcionalizirati in nato zamrežiti. Ti koraki spremenijo hitozan v uporabno bioplastiko, kot so supervpojni hidrogeli, ki so 3D polimerne mreže, ki absorbirajo vodo.
Guo je izdelal hidrogel, ki lahko v samo eni minuti absorbira 47-krat večjo težo vode. Wooley pravi, da bi ta izdelek potencialno lahko uporabili v zemlji obdelovalnih površin za zajemanje poplavne vode in nato počasi sproščanje vlage med naslednjimi sušami. »Tu v Teksasu smo nenehno v poplavah ali sušnih razmerah,« pojasnjuje, »zato sem poskušala razmišljati, kako bi lahko izdelali supervpojni hidrogel, ki bi se lahko spopadel s tem.« In ker je hidrogel biološko razgradljiv, pravi, da bi moral postopoma sproščati svoje molekularne komponente kot hranila za pridelke.
Nastala plastike ne bo prispevala k onesnaževanju okolja
To poletje ekipa začenja projekt razgradnje hitina v monomerne glukozamine. Te majhne molekule sladkorja bodo nato uporabljene za izdelavo bioplastike, kot so polikarbonati ali poliuretani, ki se tradicionalno izdelujejo iz petrokemičnih snovi. Črne vojaške muhe vsebujejo tudi številne druge uporabne spojine, ki jih skupina namerava uporabiti kot izhodiščne materiale, vključno z beljakovinami, DNK, maščobnimi kislinami, lipidi in vitamini.
Izdelki, izdelani iz teh kemičnih gradnikov, so namenjeni razgradnji ali prebavi, ko jih zavržemo, zato ne bodo prispevali k trenutnemu problemu onesnaževanja s plastiko. Wooleyjeva vizija za ta proces bi ga uskladila s konceptom trajnostnega, krožnega gospodarstva: »Navsezadnje bi želeli, da žuželke jedo odpadno plastiko kot vir hrane, nato pa bi jih ponovno pobrali in zbrali njihove komponente za izdelavo nove plastike,« pravi. »Torej žuželke ne bi bile le vir, ampak bi nato tudi zaužile zavrženo plastiko.«
Novinar
