Европейские биохимики разработали высокопрочный и стоический к действию воды биопластик, добавив ионы никеля в природный биополимер хитозан, который извлекается в больших количествах из панцирей креветок при их обработке на предприятиях пищевой индустрии. Об этом сообщила пресс-служба испанского Каталонского института биоинженерии (IBEC).
«На протяжении века мы считали, что произвольный материал будет неплохо сопротивляться силам природы в том случае, если он будет химически инертным. Проведенные нами опыты продемонстрировали нечто возвратное — материал можно сделать более прочным, если он будет активно взаимодействовать с окружающей средой, а не изолировать себя от контактов с ней», — заявил профессор IBEC Хавьер Фернандес, чьи слова приводит пресс-служба института.
Как помечают Фернандес и его коллеги, человечество ежегодно производит несколько сотен миллионов тонн полимеров и пластика, большая часть каких попадает на свалки и в природные среды, где эти инертные материалы почти не разлагаются, а также выделяют токсичные вещества. Подобные соображения побуждают ученых разыскивать более безопасные и природоподобные альтернативы для этих конструкционных материалов.
Европейские биохимики открыли природную альтернативу для пластика, экспериментируя с морскими червями облика Nereis virens, которые обладают мощными челюстями, состоящими из природного биополимера хитозана. В ходе этих опытов ученые невзначай обнаружили, что изъятие ионов цинка из челюстей нереид приводит к их резкому ослаблению и разбуханию. Это натолкнуло их на мысль, что добавление ионов металлов в рукотворные биополимеры может сделать их немало стойкими к действию воды.
Руководствуясь этой идеей, исследователи подготовили экстракт хитозана из панцирей креветок, изготовили из него ювелирные пленки, ввели в них разные количества ионов никеля и проследили за тем, как данные биополимерные материалы реагировали на погружение в воду. Это повергло к тому, что пленки из хитозана, изначально сопоставимые по прочности с полилактидом и полипропиленом, стали на 50% прочнее и вышли на уровень высокопрочных марок пластика, таких как поликарбонаты и полэтилентерефталаты.
Этот рост прочности, как показало изучение структуры пленок из хитозана, был связан с тем, что ионы металлов позволяют молекулам воды «встраиваться» между нитями биополимеров и формировать сеть из массы слабых связей, укрепляющих структуру всего материала. «Рисунок» и структура этих связей постоянно меняются, благодаря чему биопластик неплохо сопротивляется повреждениям и восстанавливается после них подобно природным биологическим структурам. Это делает его особенно привлекательным для практического использования, подытожили ученые.