Ежегодно в мире оказываются на свалках миллионы тонн панцирей крабов и креветок. Теперь эти отходы пищевой промышленности могут получить вторую жизнь. Исследователи из Испании нашли способ превращать их в прочный и экологичный материал, который не уступает по своим характеристикам классическому пластику, а в чем-то даже превосходит его.
Группа биохимиков из Каталонского института биоинженерии (IBEC) экспериментировала с морскими червями Nereis virens. Этих червей отличают мощные челюсти, которые состоят из природного биополимера хитозана. В ходе работы ученые заметили любопытную деталь. Если из ткани челюстей убрать ионы цинка, материал резко терял прочность и разбухал от воды. Это наблюдение стало отправной точкой для необычного вывода.
Руководитель исследования профессор Хавьер Фернандес пояснил логику ученых. На протяжении долгого времени считалось, что лучший способ защитить материал от разрушения — сделать его химически инертным, закрытым от внешней среды. Но природа работает иначе. Она не изолирует структуры, а учит их взаимодействовать с окружением. В случае с челюстями червей вода не ослабляла их, а помогала сохранять форму благодаря присутствию металлов.
Исследователи решили проверить, сработает ли этот принцип в лаборатории. Они взяли хитозан, который получают из переработанных панцирей креветок, и создали из него тонкие пленки. В часть образцов добавили ионы никеля. Результат превзошел ожидания. Обычные пленки из хитозана по прочности напоминали полипропилен. Но после добавления никеля и погружения в воду они стали прочнее на 50 процентов. Новый материал вышел на уровень высокопрочных технических пластиков вроде поликарбоната и ПЭТФ.
Секрет открытия кроется в поведении молекул. Оказалось, что ионы никеля не делают структуру жесткой и неподвижной. Наоборот, они позволяют молекулам воды встраиваться между нитями биополимера. Вода формирует динамичную сеть из множества слабых связей, которая постоянно меняется. Если материал получает повреждение, эта сеть быстро восстанавливается. Биопластик словно «залечивает» себя сам, подражая живым тканям. Чем больше влаги вокруг, тем крепче становится структура, что полностью меняет привычное представление о том, что вода — главный враг полимеров.
Ученые подчеркивают, что такой подход открывает новые горизонты для производства. Хитозан является одним из самых распространенных органических веществ на планете. Его добыча не требует сложных химических процессов и агрессивных растворителей. А главное, готовый материал сохраняет способность к полной биологической переработке. После использования такой пластик может бесследно растворяться в природных циклах, не превращаясь в микропластик и не отравляя почву.
Сейчас исследователи работают над тем, чтобы масштабировать технологию. Если им удастся наладить промышленный выпуск, у человечества появится реальный шанс сократить горы пластиковых отходов. А сырьем для этого послужат панцири креветок, которые сегодня просто выбрасываются.
Группа биохимиков из Каталонского института биоинженерии (IBEC) экспериментировала с морскими червями Nereis virens. Этих червей отличают мощные челюсти, которые состоят из природного биополимера хитозана. В ходе работы ученые заметили любопытную деталь. Если из ткани челюстей убрать ионы цинка, материал резко терял прочность и разбухал от воды. Это наблюдение стало отправной точкой для необычного вывода.
Руководитель исследования профессор Хавьер Фернандес пояснил логику ученых. На протяжении долгого времени считалось, что лучший способ защитить материал от разрушения — сделать его химически инертным, закрытым от внешней среды. Но природа работает иначе. Она не изолирует структуры, а учит их взаимодействовать с окружением. В случае с челюстями червей вода не ослабляла их, а помогала сохранять форму благодаря присутствию металлов.
Исследователи решили проверить, сработает ли этот принцип в лаборатории. Они взяли хитозан, который получают из переработанных панцирей креветок, и создали из него тонкие пленки. В часть образцов добавили ионы никеля. Результат превзошел ожидания. Обычные пленки из хитозана по прочности напоминали полипропилен. Но после добавления никеля и погружения в воду они стали прочнее на 50 процентов. Новый материал вышел на уровень высокопрочных технических пластиков вроде поликарбоната и ПЭТФ.
Секрет открытия кроется в поведении молекул. Оказалось, что ионы никеля не делают структуру жесткой и неподвижной. Наоборот, они позволяют молекулам воды встраиваться между нитями биополимера. Вода формирует динамичную сеть из множества слабых связей, которая постоянно меняется. Если материал получает повреждение, эта сеть быстро восстанавливается. Биопластик словно «залечивает» себя сам, подражая живым тканям. Чем больше влаги вокруг, тем крепче становится структура, что полностью меняет привычное представление о том, что вода — главный враг полимеров.
Ученые подчеркивают, что такой подход открывает новые горизонты для производства. Хитозан является одним из самых распространенных органических веществ на планете. Его добыча не требует сложных химических процессов и агрессивных растворителей. А главное, готовый материал сохраняет способность к полной биологической переработке. После использования такой пластик может бесследно растворяться в природных циклах, не превращаясь в микропластик и не отравляя почву.
Сейчас исследователи работают над тем, чтобы масштабировать технологию. Если им удастся наладить промышленный выпуск, у человечества появится реальный шанс сократить горы пластиковых отходов. А сырьем для этого послужат панцири креветок, которые сегодня просто выбрасываются.