Naukowcy z Cambridge zainspirowani pajęczą przędzą i jej niezwykłą wytrzymałością stworzyli polimer, który może zastąpić plastik. Tworzywo to, podobnie jak pajęcze nici i jedwab, składa się z białek. Są to jednak białka roślinne.
Polimer jest przyjazny dla środowiska. Wytwarzany jest z roślin bez konieczności chemicznej modyfikacji, a proces produkcji pochłania niewiele energii. Samo tworzywo jest trwałe, wodoodporne i może być produkowane na skalę przemysłową. Może też być kompostowane, bo bez problemów ulega biodegradacji. Zdaniem uczonych może więc stać się alternatywą dla wszechobecnego plastiku.
Tajemnice wytrzymałości pajęczych białek
Prof. Tuomas Knowles z wydziału chemii Uniwersytetu Cambridge zajmuje się białkami. Większość badań prowadził nad ich zwijaniem się, czyli tym, jak łańcuch aminokwasów tworzących białka układa się w trójwymiarowe struktury. Ich nieprawidłowa budowa prowadzi do wielu chorób, na przykład alzheimera. „Byliśmy zdziwieni tym, że nasze badania mogą rozwiązać problem zanieczyszczenia plastikiem” – mówi prof. Knowles.
Jego zespół zainteresowało, dlaczego pajęcze nici są tak niezwykle wytrzymałe, choć tak cienkie. „Odkryliśmy, że kluczem do tego regularne ułożenie przestrzenne wiązań wodorowych i ich gęste upakowanie” – mówi prof. Knowles.
Jego zespół zaczął badać, jak białka mogą tworzyć takie struktury w innych przypadkach. Proteiny roślinne zainteresowały ich, bowiem występują w przyrodzie o wiele częściej. Są też produktem ubocznym przemysłowych procesów wytwarzania żywności, więc łatwo o ich obfite źródła.
Syntetyczna pajęczyna z soi przyjazna dla środowiska
Badaczom udało się odtworzyć strukturę podobną do pajęczych nici z białka, które jest produktem ubocznym produkcji oleju sojowego. Roślinne białko jest trudno rozpuszczalne w wodzie i trudno je nakłonić do składania się w odpowiednie struktury. Udało się to jednak w wysokiej temperaturze, roztworze kwasu octowego i z pomocą ultradźwięków. Po usunięciu roztworu powstaje nierozpuszczalna w wodzie błona zbudowana z roślinnego tworzywa.
Naturalne alternatywy dla plastików wymagają zwykle chemicznej modyfikacji. Łańcuchy cząsteczek tworzących polimer trzeba wzmocnić, łącząc je ze sobą „mostkami”. To wymaga chemicznych modyfikacji, a służące do tego związki nie są przyjazne dla środowiska lub wręcz są trujące.
Polimer opracowany przez Brytyjczyków nie potrzebuje takiego wzmocnienia. Jak piszą badacze, jego wytrzymałość pozwoli na wykorzystanie go w podobnych zastosowaniach, jak polietylen o niskiej gęstości (low density polyethylene, LDPE). Z tego tworzywa produkuje się miękkie folie, przeznaczone np. do pakowania pieczywa czy gazet, na woreczki do lodu czy kapsułki, w których zamknięte są tabletki do zmywarki.
Nowe opakowania z „wegańskich pajęczych nici” trafią na rynek jeszcze w tym roku
„To zwieńczenie badań, które prowadziliśmy przez ponad dziesięć lat. Nie prowadziliśmy ich, by pomóc środowisku. Motywowała nas ciekawość, jak stworzyć mocne materiały ze słabych wiązań chemicznych” – mówi prof. Knowles.
Dr. Rodriguez Garcia, jeden z członków zespołu, dodaje zaś: „Przełomowym odkryciem jest, jak kontrolować proces składania się białek. Problem plastików jest naprawdę wielki i cieszymy się, że będziemy mogli przyczynić się do jego rozwiązania”.
Produkt będzie komercjalizowany przez spółkę Uniwersytetu w Cambridge, Xampla. Ma zamiar jeszcze w tym roku wypuścić na rynek saszetki i kapsułki, które mogą zastąpić opakowania z folii LDPE.
Źródła: Nature Communications, University of Cambridge.