Materijali sa poboljšanom strukturom koji potiču od rakova i morskih algi mogli bi biti deo odgovora sledeće generacije na izazov zamene plastičnih folija na bazi nafte, prema novom istraživanju sa Državnog univerziteta Severne Karoline.
Kombinovanjem hitozana, biopolimera koji čini školjke rakova čvrstim, sa agarozom, biopolimerom ekstrahovanim iz morskih algi koji se koristi za pravljenje gelova, stvara se jedinstveni biopolimer kompozitnih filmova sa povećanom čvrstoćom. Filmovi su takođe biorazgradivi, imaju antibakterijska svojstva, odbijaju vodu i providni su. Nalazi bi na kraju mogli dovesti do održivih folija za pakovanje hrane i robe široke potrošnje.
„Kako da pronađemo održive zamene za sintetičke polimere?“ pitali su Orlin Velev, S. Frank i Doris Culberson, uvaženi profesor hemijskog i biomolekularnog inženjerstva u NC State i odgovarajući autor rada koji opisuje istraživanje.
„Sintetički polimeri prave veoma dobre filmove, ali mi želimo da ih zamenimo prirodnim biopolimerima. Postavlja se pitanje kako da prilagodimo strukturu zglobova ovih prirodnih polimera — u našem slučaju, agaroze i hitozana — tako da imamo sva poželjna svojstva sintetički polimeri unutar održivog, biorazgradivog filma?“
Možda neće biti dovoljno jednostavno mešati hitozan i agarozu zajedno. Velev kaže da su prethodni napori da se proizvedu takve mešavine prijavili poboljšanja svojstava, ali kada su se osušili, stvorili su pješčane filmove kojima možda nedostaje odgovarajuća čvrstoća.
Umesto toga, Velev i njegovi saradnici su zauzeli drugačiji pristup, ojačavajući agarozne filmove fibrilisanim koloidnim skalastim materijalom – nazvanim meki dendritični koloidi – napravljenim od hitozana. Snažne mikro- i nanorazmerne fibrile hitozana su hijerarhijski razgranate da obezbede snagu i stabilnost agaroznom filmu gde su ugrađene.
„Izazov je hemijski modifikovati prirodne polimere, ali možemo da promenimo njihovu morfologiju i da ih koristimo kao kompozite“, rekao je Iosra Kotb, dr. diplomirani i prvi autor rada.
„Koristimo dendritične čestice hitozana da ojačamo matriks agaroze zbog kompatibilnosti oba materijala što dovodi do dobrih mehaničkih svojstava; čestice hitozana takođe imaju suprotan naboj u odnosu na agarozu. Kada se pomešaju, ova naelektrisanja se neutrališu tako da dobijeni materijali takođe postaju otporniji na voda“.
Biopolimerni kompoziti su oko četiri puta jači od samih filmova agaroze, pokazuje istraživanje, a takođe su otporni na E.coli, bakteriju koja se obično proučava. Rad je takođe pokazao da se ploča napravljena od biopolimernih kompozitnih filmova u velikoj meri degradirala nakon mesec dana pod zemljom, dok je, poređenja radi, obična plastična sendvič vreća ostala potpuno netaknuta nakon istog perioda pod zemljom.
„Zanimljivo je da je naš kompozit u početku snažno antibakterijski“, rekao je Velev, „ali pošto je napravljen od prirodnih materijala, nakon nekog vremena bakterije će ga i dalje kolonizirati – tako da će se nakon mesec dana pod zemljom lako biorazgraditi“, rekao je Velev.
Velev je dodao da će njegova laboratorija nastaviti da radi na poboljšanju strukture biopolimernih kompozitnih filmova sa ciljem da se na kraju poklapaju svojstva sintetičkih polimernih filmova.
„Ako pakujete hranu, želite da pakovanje bude nepropusno za kiseonik i vodu“, rekao je on. „Ali prirodni materijali su propusni, tako da ćemo nastaviti da radimo na tome da naši filmovi budu nepropusniji za vodu i kiseonik.
Povećanje skalabilnosti procesa proizvodnje materijala je takođe jedan od budućih ciljeva. „Kako da napravite film zamene za polimer u kontinuiranom procesu koji je dovoljno brz da ga napravite u dovoljno velikim količinama — poput proizvodnje papira?“ rekao je Velev.
