Istraživači iz Princeton Engineeringa pronašli su način da pretvore hranu za doručak u novi materijal koji može jeftino ukloniti so i mikroplastiku iz morske vode.
Istraživači su koristili belanca da bi napravili aerogel, lagan i porozan materijal koji se može koristiti u mnogim vrstama aplikacija, uključujući filtraciju vode, skladištenje energije i zvučnu i toplotnu izolaciju. Krejg Arnold, Suzan Dod Braun profesor mašinstva i vazduhoplovstva i prodekan za inovacije na Prinstonu, radi sa svojom laboratorijom na stvaranju novih materijala, uključujući aerogele, za inženjerske primene.
Jednog dana, sedeći na fakultetskom sastanku, imao je ideju.
„Sedeo sam tamo i zurio u hleb u svom sendviču“, rekao je Arnold. „I pomislio sam u sebi, ovo je upravo takva struktura koja nam je potrebna. Zato je zamolio svoju laboratorijsku grupu da napravi različite recepte za hleb pomešane sa ugljenikom kako bi video da li mogu da ponovo kreiraju strukturu aerogela koju je tražio. Nijedan od njih u početku nije radio sasvim ispravno, tako da je tim nastavio da eliminiše sastojke dok je testirao, sve dok na kraju nisu ostali samo belance.
„Počeli smo sa složenijim sistemom“, rekao je Arnold, „i samo smo nastavili da smanjujemo, smanjujemo, redukujemo, sve dok nismo došli do srži onoga što je bilo. Proteini u belancima su bili ti koji su doveli do struktura koje su nam bile potrebne.“
Belanca su složen sistem gotovo čistog proteina koji – kada se zamrzavanjem osuši i zagreje na 900 stepeni Celzijusa u okruženju bez kiseonika – stvara strukturu međusobno povezanih lanaca ugljeničnih vlakana i listova grafena. U radu objavljenom 24. avgusta u Materials Todai, Arnold i njegovi koautori pokazali su da dobijeni materijal može ukloniti so i mikroplastiku iz morske vode sa efikasnošću od 98%, odnosno 99%.
„Bjelanjci su djelovali čak i ako su ih prvo pržili na šporetu ili umutili“, rekao je Sehmus Ozden, prvi autor u novinama. Ozden je bivši postdoktorski naučni saradnik u Prinstonskom centru za složene materijale, a sada naučnik u Aramco istraživačkom centru. Dok su u početnim testovima korišćena obična belanca iz prodavnice, rekao je Ozden, drugi slični komercijalno dostupni proteini dali su iste rezultate.
„Jaja su kul jer se svi možemo povezati sa njima i lako ih je nabaviti, ali želite da budete oprezni u nadmetanju sa ciklusom ishrane“, rekao je Arnold. Pošto su i drugi proteini funkcionisali, materijal se potencijalno može proizvesti u velikim količinama relativno jeftino i bez uticaja na snabdevanje hranom. Sledeći korak za istraživače, primetio je Ozden, je rafiniranje procesa proizvodnje kako bi se mogao koristiti u prečišćavanju vode u većem obimu.
Ako se ovaj izazov može rešiti, materijal ima značajne prednosti jer je jeftin za proizvodnju, energetski efikasan za upotrebu i veoma efikasan. „Aktivni ugalj je jedan od najjeftinijih materijala koji se koristi za prečišćavanje vode. Uporedili smo naše rezultate sa aktivnim ugljem i mnogo je bolji“, rekao je Ozden. U poređenju sa reverznom osmozom, koja zahteva značajan unos energije i višak vode za rad, ovaj proces filtracije zahteva samo gravitaciju za rad i ne troši vodu.
Dok Arnold vidi čistoću vode kao „veliki veliki izazov“, to nije jedina potencijalna primena za ovaj materijal. Takođe istražuje druge upotrebe vezane za skladištenje energije i izolaciju.
Istraživanje je uključivalo doprinose odeljenja za hemijsko i biološko inženjerstvo i geonauke na Prinstonu i drugde. „Jedna je stvar napraviti nešto u laboratoriji“, rekao je Arnold, „a druga je stvar razumeti zašto i kako.“ Saradnici koji su pomogli da odgovore na pitanja zašto i kako su bili profesori Rodni Pristli i A. Džejms Link iz hemijskog i biološkog inženjerstva, koji su pomogli da se identifikuje mehanizam transformacije proteina belanaca na molekularnom nivou. Kolege sa Prinstona iz geonauka su pomagale u merenju filtracije vode.
Suzana Monti sa Instituta za hemiju organometalnih jedinjenja i Valentina Toci iz Instituta Nanoscienze i NEST-Scuola Normale Superiore kreirale su teorijske simulacije koje su otkrile transformaciju proteina belanaca u aerogel.
