Náhrada za jednorázové plasty
Nešvar jednorázových plastů, jako jsou např. sáčky, brčka nebo kapsle, které zamořují svět, bude možné nahradit rostlinným škálovatelným materiálem, který vyvinuli výzkumníci z univerzity v Cambridge.
Jako vzor jim posloužily jemné prameny pavoučího hedvábí, jejichž síla je pětkrát větší než ocel o stejné hmotnosti. Napodobením mikrostruktur pavoučího hedvábí, jednoho z nejsilnějších materiálů v přírodě, vytvořili polymerní materiál stejně silný jako řada běžně používaných plastů. Byl vyvinut pomocí nového přístupu k sestavování rostlinných proteinů do materiálů napodobujících hedvábí na molekulární úrovni a bude ho možné vyrobit v průmyslovém měřítku, jak vědci referovali v časopise Nature Communications. Navíc je kompostovatelný v domácnosti.
V rámci výzkumu proteinů se vědci začali zajímat, proč je pavoučí hedvábí tak silné, když má tak slabé molekulární vazby a zjistili, že jedním z klíčových rysů, které dodávají pavoučímu hedvábí jeho sílu, jsou vodíkové vazby, pravidelně uspořádané v prostoru při velmi vysoké hustotě. Snažili se proto najít způsob, jak replikovat toto pravidelné sestavování v jiných proteinech. Proteiny mají sklon k molekulární samoorganizaci a výzkumníci zkusili tento proces znovu vytvořit pomocí samosestavovacích proteinů pocházejících z rostlin. Úspěšně se jim podařilo replikovat struktury zjištěné na pavoučím hedvábí pomocí proteinu se zcela odlišným složením.
„Za určitých podmínek můžeme docílit, že se rostlinné proteiny samy shromažďují stejně jako pavoučí hedvábí. U pavouka je hedvábný protein rozpuštěn ve vodném roztoku, který se poté pomocí zvlákňovacího procesu, který vyžaduje velmi málo energie, shromáždí v nesmírně silnou vlákninu. Vytvořili jsme stejný materiál, ale bez pavouka," říká Thomas Knowles, vedoucí výzkumu.
Jakákoli náhrada za plast vyžaduje jiný polymer – dva hojně se vyskytující v přírodě jsou polysacharidy a polypeptidy. Celulóza a nanocelulóza jsou polysacharidy a používají se pro řadu aplikací, ale vyžadují určitou formu zesíťování pro vytvoření silných materiálů. Proteiny se shromažďují samy a mohou vytvářet silné materiály bez jakýchkoli chemických úprav, ale je s nimi mnohem těžší pracovat.
Jako testovací rostlinný protein použili vědci sójový proteinový izolát (SPI), protože je stejně jako všechny proteiny vytvořen z polypeptidových řetězců a je snadno dostupný jako vedlejší produkt při výrobě sójového oleje. Rostlinné proteiny, jako je SPI, jsou však špatně rozpustné ve vodě, takže je obtížné kontrolovat jejich samovolné skládání do uspořádaných struktur. Výzkumníci proto použili směs kyseliny octové a vody v kombinaci s ultrazvukem a vysokými teplotami ke zlepšení rozpustnosti SPI, a aby se usnadnila kontrola jeho samovolného sestavování do uspořádaných struktur. Tato metoda produkuje proteinové struktury se zvýšenými intermolekulárními interakcemi řízenými tvorbou vodíkové vazby (stejně jako u pavoučího hedvábí). V druhém kroku odstranili rozpouštědlo, aby se ve vodě vytvořil nerozpustný film s mechanickými parametry ekvivalentními vysoce výkonným technickým plastům, jako je polyethylen s nízkou hustotou, který je typickým příkladem běžných plastů na jedno použití.
Tento hotový produkt nevyžaduje chemické zesíťování, obvyklé ke zlepšení výkonu a odolnosti biopolymerních filmů, takže ani neobsahuje žádné toxické prvky, jako jsou k tomuto účelu užívaná činidla.
Technologie společnosti Xampla, což je spin-out Cambridgeské univerzity, byla patentována společností Cambridge Enterprise, která představí ještě letos řadu jednorázových výrobků nahrazujících plasty používané v každodenních výrobcích.
Petr Sedlický
Zdroj / Foto: University of Cambridge / Xampla
109
.gif)
