Пластиковое загрязнение занимает лидирующее место среди угроз мировому океану: по данным ЮНЕСКО, на пластик приходится 80% всех морских отходов, ежегодно в воды попадает 8–10 миллионов тонн пластикового мусора. Эта проблема требует неотложного поиска альтернатив привычным материалам.
Инженеры из Инженерной школы Витерби при Университете Южной Калифорнии обнаружили, что минерал, содержащийся в морских раковинах, может стать ключом к созданию безопасного для окружающей среды пластика. Руководство исследованием осуществляла профессор Юн Джи Чун, обладатель звания Dr. Karl Jacob Jr. and Karl Jacob III Early-Career Chair, эксперт в области наночастиц и биоматериалов.
Команда учёных сконцентрировалась на соединении поли (1,8-октандиол-ко-цитрат) (POC) — это одобренный FDA биораспадаемый материал, используемый в ортопедии. К POC добавили карбонат кальция, выделенный из морских раковин. Итоговый материал получил название POC-CC (Poly (1,8-octanediol-co-citrate) – Calcium Carbonate). Разработка описана в журнале MRS Communications.
Методика базировалась на предыдущих работах Чун, где для медицинских полимеров применялся лимоннокислый полимер — вещество на основе лимонной кислоты из апельсинов. Ранее команда добавляла к этим полимерам гидроксиапатит (минерал из костей), и полученные материалы получили одобрение FDA для медицинских имплантатов. Последняя модификация заключается в использовании карбоната кальция из раковин для создания пластика, разлагающегося в природе.
Исходный полимер на основе лимонной кислоты по консистенции напоминает жвачку. При добавлении частиц кальция и последующей тепловой обработке получается материал, по прочности сопоставимый с обычным пластиком. В качестве демонстрации учёные изготовили из POC-CC крепкие кольца для упаковки банок — они надёжно удерживают вес напитков.
В ходе тестирования исследователи выдвинули гипотезу, что новый материал будет биосовместимым и сможет разлагаться в морской воде, не теряя прочности. POC-CC получали с различной концентрацией карбоната кальция и помещали в имитированную морскую среду на шесть месяцев. Учитывались скорость разложения по массе и влияние на кислотность воды. Результаты показали, что с увеличением доли POC ускоряется разложение, а добавление карбоната кальция стабилизирует pH воды, предотвращая закисление.
Особое внимание уделили безопасности для морской жизни. В экспериментах с зелёной водорослью (Scenedesmus sp.) POC-CC не вызывал гибели клеток, в отличие от микропластика. Через шесть месяцев все микроорганизмы оставались жизнеспособными, что подтвердило биосовместимость материала.
В настоящее время команда ведёт работу над вторым поколением материала, который будет разлагаться ещё быстрее. Среди потенциальных применений разработчики называют производство биоразлагаемых трубочек: они будут прочнее бамбуковых и бумажных, а также безопаснее металлических.
Инновационный подход к использованию природных минералов и биополимеров открывает путь к созданию экологически ответственных альтернатив пластику, не наносящих вреда ни океану, ни его обитателям.
Изображение носит иллюстративный характер
Инженеры из Инженерной школы Витерби при Университете Южной Калифорнии обнаружили, что минерал, содержащийся в морских раковинах, может стать ключом к созданию безопасного для окружающей среды пластика. Руководство исследованием осуществляла профессор Юн Джи Чун, обладатель звания Dr. Karl Jacob Jr. and Karl Jacob III Early-Career Chair, эксперт в области наночастиц и биоматериалов.
Команда учёных сконцентрировалась на соединении поли (1,8-октандиол-ко-цитрат) (POC) — это одобренный FDA биораспадаемый материал, используемый в ортопедии. К POC добавили карбонат кальция, выделенный из морских раковин. Итоговый материал получил название POC-CC (Poly (1,8-octanediol-co-citrate) – Calcium Carbonate). Разработка описана в журнале MRS Communications.
Методика базировалась на предыдущих работах Чун, где для медицинских полимеров применялся лимоннокислый полимер — вещество на основе лимонной кислоты из апельсинов. Ранее команда добавляла к этим полимерам гидроксиапатит (минерал из костей), и полученные материалы получили одобрение FDA для медицинских имплантатов. Последняя модификация заключается в использовании карбоната кальция из раковин для создания пластика, разлагающегося в природе.
Исходный полимер на основе лимонной кислоты по консистенции напоминает жвачку. При добавлении частиц кальция и последующей тепловой обработке получается материал, по прочности сопоставимый с обычным пластиком. В качестве демонстрации учёные изготовили из POC-CC крепкие кольца для упаковки банок — они надёжно удерживают вес напитков.
В ходе тестирования исследователи выдвинули гипотезу, что новый материал будет биосовместимым и сможет разлагаться в морской воде, не теряя прочности. POC-CC получали с различной концентрацией карбоната кальция и помещали в имитированную морскую среду на шесть месяцев. Учитывались скорость разложения по массе и влияние на кислотность воды. Результаты показали, что с увеличением доли POC ускоряется разложение, а добавление карбоната кальция стабилизирует pH воды, предотвращая закисление.
Особое внимание уделили безопасности для морской жизни. В экспериментах с зелёной водорослью (Scenedesmus sp.) POC-CC не вызывал гибели клеток, в отличие от микропластика. Через шесть месяцев все микроорганизмы оставались жизнеспособными, что подтвердило биосовместимость материала.
В настоящее время команда ведёт работу над вторым поколением материала, который будет разлагаться ещё быстрее. Среди потенциальных применений разработчики называют производство биоразлагаемых трубочек: они будут прочнее бамбуковых и бумажных, а также безопаснее металлических.
Инновационный подход к использованию природных минералов и биополимеров открывает путь к созданию экологически ответственных альтернатив пластику, не наносящих вреда ни океану, ни его обитателям.