Ученые превращают мух в биоразлагаемый пластик

Черные солдатские мухи являются хорошим источником химикатов для производства биопластиков. Кредит: Кэссиди Тиббетс.

Представьте себе использование насекомых для извлечения химикатов для создания биоразлагаемого пластика, который впоследствии может быть разложен этими самыми насекомыми. Эта идея не так неправдоподобна, как кажется. Недавно ученые обсудили свои достижения, включая извлечение и очистку этих химических веществ, полученных из насекомых, а также их преобразование в эффективные биопластики.

Исследователи представили свои выводы на осеннем собрании Американского химического общества (ACS). ACS Fall 2023 — это гибридная встреча, которая проводится виртуально и лично с 13 по 17 августа и включает около 12 000 презентаций по широкому кругу научных тем.

• «В течение 20 лет моя группа разрабатывала методы преобразования натуральных продуктов, таких как глюкоза, полученная из сахарного тростника или деревьев, в разлагаемые, усваиваемые полимеры, которые не сохраняются в окружающей среде», — говорит Карен Вули, доктор философии, главный исследователь проекта.
• «Но эти натуральные продукты собираются из ресурсов, которые также используются для производства продуктов питания, топлива, строительства и транспорта».

Поэтому Вули начал искать альтернативные источники, в которых не было бы этих конкурирующих приложений. Ее коллега Джеффри Томберлин, доктор философии, предположил, что она могла бы использовать отходы, оставшиеся от выращивания мух-солдат, расширяющейся отрасли, которую он помогает развивать.

Личинки этих мух содержат много белков и других питательных соединений, поэтому неполовозрелых насекомых все чаще разводят на корм животным и для потребления отходов. Однако у взрослых особей короткая продолжительность жизни после того, как их дни размножения закончились, и их затем выбрасывают. По предложению Томберлина эти взрослые туши стали новым исходным материалом для команды Вули.

• «Мы берем то, что буквально является мусором, и делаем из этого что-то полезное», — говорит Кэссиди Тиббетс, аспирант, работающий над проектом в лаборатории Вули в Техасском университете A&M.

Хитин компонент биоразлагаемого пластика

Когда Тиббетс исследовала мертвых мух, она определила, что хитин является основным компонентом. 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, используя промывки этанолом, кислотную деминерализацию, щелочную депротеинизацию и обесцвечивание отбеливателем, чтобы извлечь и очистить его от туш насекомых. Она говорит, что ее хитиновый порошок из мух, вероятно, чище, поскольку ему не хватает желтоватого цвета и комковатой текстуры традиционного продукта. Она также отмечает, что получение хитина от мух может избежать возможных опасений по поводу аллергии на некоторые морепродукты. Некоторые другие исследователи выделяют хитин или белки из личинок мух.

В то время как Тиббетс продолжает совершенствовать свои методы экстракции, Хунмин Го, еще один аспирант лаборатории Вули, преобразовывает очищенный хитин мух в аналогичный полимер, известный как хитозан. Он делает это, удаляя ацетильные группы хитина. Это обнажает химически активные аминогруппы, которые могут быть функционализированы, а затем сшиты. Эти шаги превращают хитозан в полезные биопластики, такие как супервпитывающие гидрогели, которые представляют собой трехмерные полимерные сети, поглощающие воду.

Гуо создал гидрогель, который всего за одну минуту может поглощать воду, в 47 раз превышающую его собственный вес. По словам Вули, этот продукт потенциально можно использовать в почве пахотных земель для улавливания паводковых вод и последующего медленного выделения влаги во время последующих засух.

• «Здесь, в Техасе, мы постоянно находимся в ситуации наводнения или засухи, — объясняет она, — поэтому я пыталась придумать, как мы можем сделать суперабсорбирующий гидрогель, который мог бы решить эту проблему».

И поскольку гидрогель является биоразлагаемым, он говорит, что он должен постепенно высвобождать свои молекулярные компоненты в качестве питательных веществ для сельскохозяйственных культур.

Расщепление хитина на мономерные глюкозамины

Этим летом команда начинает проект по расщеплению хитина на его мономерные глюкозамины. Эти маленькие молекулы сахара затем будут использоваться для производства биопластиков, таких как поликарбонаты или полиуретаны, которые традиционно производятся из нефтехимических продуктов. Черные львиные мухи также содержат много других полезных соединений, которые группа планирует использовать в качестве исходных материалов, включая белки, ДНК , жирные кислоты, липиды и витамины.

Продукты, изготовленные из этих химических строительных блоков, предназначены для разложения или переваривания при выбрасывании, поэтому они не будут способствовать текущей проблеме пластикового загрязнения.

Видение Вули этого процесса согласовывалось бы с концепцией устойчивой экономики замкнутого цикла:

• «В конечном счете, мы хотели бы, чтобы насекомые ели отходы пластика в качестве источника пищи, а затем мы снова собирали бы их и собирали их компоненты для производства новых пластиков», она говорит.
• «Таким образом, насекомые будут не только источником, но и потреблять выброшенный пластик».

Исследователи признательны за поддержку и финансирование Фонда Уэлча, а также за частное пожертвование.

Источник

Метки: пластик