‘Vegan Örümcek Ağı’ Tek Kullanımlık Plastikler için Sürdürülebilir Bir Alternatif Sağlıyor

Araştırmacılar, birçok tüketim ürünlerinde bulunan tek kullanımlık plastikler ile değiştirilebilecek bitki bazlı,sürdürülebilir ve ölçeklenebilir bir materyal oluşturdu.

Cambridge Üniversitesindeki araştırmacılar doğadaki en güçlü materyal olan örümcek ağının özelliklerini taklit ederek bir polimer film oluşturdular.Yeni materyal bugün kullanılan birçok  plastik kadar güçlü ve her gün kullanılan bu yaygın plastikler ile değiştirilebilir.

Yeni materyal,örümcek ağının özellikleri taklit edilerek oluşturulmuş molekül düzeyindeki materyale, bitki proteinlerini toplamak için yeni bir yaklaşım kullanılarak bulundu.Sürdürülebilir malzemeler kullanan enerji tasarruflu bu metot, endüstriyel ölçekte kullanılabilecek plastik benzeri serbest filmler olarak sonuçlandı.Solmaz ‘yapısal’ renk polimere eklenebilir ve ayrıca suya dayanıklı kaplama olarak kullanılabilir.

Bu materyal evde gübrenebiliyor oysaki diğer biyoplastik çeşitlerini parçalamak için endüstriyel gübreleştirme tesislerine ihtiyaç duyuluyordu.Buna ek olarak, Cambridge tarafından geliştirilen materyal kendi doğal yapı taşlarını değiştirmek için herhangi bir kimyasala ihtiyaç duymuyor.Bu sebeple birçok doğal ortamda güvenle biyolojik olarak ayrışabilir.

Yeni ürün Cambridge Üniversitesi bünyesinde bulunan, tek kullanımlık plastikleri ve mikroplastikleri yenisiyle değiştirmek için geliştiren  Xampla tarafından ticarileştirilecek.Şirket, bu yıldan sonra bulaşık makinesi tabletleri ve çamaşır deterjanı kapsülleri için kullanılan plastikler ile değiştirilebilecek bir dizi küçük torbaların ve kapsüllerin tanıtımını yapacak.Bu çalışmanın sonuçları Nature Communications Dergisinde yayımlandı.

Yıllardır Profesör Tuomas Knowles Cambridge Yusuf Hamied Kimya Departmanında proteinlerin davranışını araştırıyordu.Daha çok araştırmaları proteinler yanlış katlandığında yada yanlış davrandığında ne olacağına ve özellikle alzheimer hastalığı olmak üzere insan sağlığı ile ilişkisine odaklanıyordu.

Fotoğraf: Tüketim ürünlerinde kullanılan tek kullanımlık plastiklerin yerine geçecek örümcek ağının özellikleri taklit edilerek oluşturulmuş materyalin bir örneği.

Araştırma lideri Knowles: “Normalde, fonksiyonel protein etkileşimlerinin bizim nasıl sağlıklı kalmamızı sağladığını ve nasıl düzensiz etkileşimlerin alzheimer hastalığında barındığını araştırıyoruz.Araştırmamızın aynı zamanda sürdürülebilirlik için büyük bir problem olan plastik kirliliğine ayrıca bir çözüm getirebileceği bizim için de bir sürpriz oldu.”

Protein araştırmalarının bir bölümünde, Knowles ve ekibi için örümcek ağının bu kadar güçlü bir materyal iken nasıl zayıf molekül bağlarına sahip olduğu ilgi çeken bir konu haline geldi.”Anahtar özelliklerinden biri olan ve örümcek ağına gücünü veren hidrojen bağlarının uzayda düzenli bir şekilde ayarlandığını ve yüksek yoğunluğa sahip olduğunu bulduk”.dedi Knowles.

Çalışmanın ortak yazarı doktora sonrası araştırmacı ve şimdi Xampla Arge Departmanı Başkanı Dr.Marc Rodriguez Garcia, diğer proteinler içinde bu düzenli ‘kendiliğinden kurulmayı’ nasıl kopyalacağını araştırmaya başladı.Proteinler, moleküler kendini örgütlemeye meyilli ,kendiliğinden bağ oluşturabiliyor ve özellikle bitki proteinleri bol oranda bulunuyor. Ayrıca yemek endüstrisinde yan ürün olarak sürdürülebilir bir şekilde kaynak olabilir.

Çalışmanın baş yazarlarından doktora adayı Ayaka Kamada: “Bitki proteinlerinin öztoplanmasının çok az bilinmesi ve tek kullanımlık plastikler için bu bilgi uçurumunu doldurarak alternatifleri bulabileceğimizi bilmek heyecan verici.”

Araştırmacılar, tamamıyla farklı bir yapısı olan soya proteini izolatını kullanarak örümcek ağ yapısını başarılı bir şekilde kopyaladı. “Çünkü bütün proteinler polipeptit zincirlerinden oluşuyor, doğru koşullar altında aynı örümcek ağında olduğu gibi moleküller kendiliğinden bir araya gelip bağ oluşturmasını sağlayabilir.Bir örümcekte, ağ proteinleri sulu bir çözelti içinde çözünür sonrasında çok az enerjiye ihtiyaç duyan eğirme işlemi aracılığıyla son derece güçlü bir lif halinde birleşir.” dedi Knowles.

“Diğer araştırmacılar plastik olarak yerine geçecek olan doğrudan  ağ materyali ile birlikte çalışıyorlar ancak bu materyaller hala daha bir hayvan ürünü.Bir şekilde biz vegan örümcek ağı fikrini ortaya çıkardık ve aynı materyali örümcek olmadan ürettik.” dedi Rodriguez Garcia.

Herhangi bir değişim için plastik bir diğer polimere ihtiyaç duyar- doğada en çok  bulunan polisakkaritler ve polipeptitler.Selüloz ve nanoselüloz geniş kullanım alanına sahip polisakkaritler ancak güçlü materyalleri oluşturmak için genellikle bazı çapraz bağlanma formlarına ihtiyaç duyuyor.Proteinler kendiliğinden bir araya gelip bağ oluşturabilir ve herhangi bir kimyasal değişim olmadan örümcek ağı gibi güçlü materyalleri oluşturabilir fakat onlarla çalışmak daha zor.

Araştırmacılar bitki proteinlerini test etmek için soya yağı üretiminde yan ürün olarak mevcut bulunan soya proteini izolatını(SPI) kullandı. SPI gibi bitki proteinleri yetersiz şekilde suda çözünüyor, düzenli yapıları için kendiliğinden toplanmasını zorlaştırıyor.

Yeni teknik asetik asit ve su karışımını ultrasonikasyon ve yüksek sıcaklıklar ile birleştirerek SPI çözünürlüğünü geliştirmek için çevreci bir şekilde kullanılıyor.

Materyal, düşük yoğunluklu polietilen gibi yüksek performanslı mühendislik plastikleri ile eşit başarıya sahip.Materyalin gücü, polipeptit zincirlerinin düzenli dizilişlerinde yatıyor.Bunun anlamı, genellikle biyopolimer filmlerinin direncini ve performansını geliştirmek için kullanılan kimyasal çapraz bağlanmaya ihtiyaç duyulmaması.Yaygın olarak kullanılan birçok çapraz bağlama ajanları sürdürülebilir değil ve zehirli bile olabilir oysa Cambridge tarafından geliştirilen bu teknik zehirli elementlere ihtiyaç duymuyor.

“10 yıla aşkın süre boyunca çalışmamızın en son noktaya eriştiği yer doğanın proteinlerden nasıl materyalleri ürettiğini anlamak. Bir sürdürülebilirlik sorununu çözmek için yola çıkmadık-zayıf bağlardan güçlü materyallerin nasıl oluştuğuna dair merakla harekete geçtik.” dedi Knowles.

“Buradaki asıl buluşumuz moleküllerin kendiliğinden bir araya gelerek nasıl bağ oluşturabileceğini kontrol etmekti ve bu yüzden, şimdi yüksek performanslı materyalleri üretebiliyoruz. dedi Rodriguez Garcia. “Bu yolculuğun bir parçası olmak heyecan verici.Dünyada plastik kirliliği ile ilgili büyük bir sorun var ve bizde bir şeyler yapabilmek için şanslı bir pozisyondayız.”

Kaynak: phys.org