Güçlü ve Elastik, Ancak Bozunabilir: Protein Bazlı Biyoplastikler
Her yıl sekiz milyon tondan fazla plastiğin okyanuslara karışması, çevre ve sağlık için ciddi bir tehdit oluşturmaktadır. Bu soruna biyolojik olarak parçalanabilen biyoplastikler bir alternatif sağlayabilir. Angewandte Chemie dergisinde bir araştırma ekibi, biyolojik olarak parçalanabilen ve biyouyumlu olmasının yanı sıra uygun mekanik özelliklere sahip olan protein bazlı plastiklerin üretimi için yeni bir yöntem tanıttı.
Ambalaj veya oyuncak, malç filmi veya araba olsun, petrokimya bazlı plastikler her yerde bulunur- gün geçtikçe talep ve çöp yığınları da artmaktadır. Nişasta gibi doğal malzemelere veya polilaktik asit gibi sentetik biyomateryallere dayalı biyoplastikler, çoğu durumda yetersiz dayanıklılık ve biyolojik bozunabilirlik sergilemiştir. Ek olarak, genellikle karmaşık işlemler ve toksik kimyasallar gerektirirler.
Jingjing Li ve Yawei Liu (Çin Bilimler Akademisi, Changchun, Çin) ve Bo Wei (PLA Genel Hastanesi’nin ilk Tıp Merkezi) liderliğindeki bir ekip şimdi ihtiyaca göre uyarlanabilen özelliklere sahip yeni biyoplastikleri tanıttı. Bunu yapmak için iki lizin bakımından zengin protein geliştirdiler ve bunları bakteri kültürlerinde ürettiler: “ELP”, bağ dokusu proteini elastine benzer bir polipeptittir. Tokluğa ve elastikiyete yol açan tanımlanmış bir katlanmaya sahip değildir. “SRT” ise, ELP’ye ek olarak bir β-tabaka yapısına sahip bir kalamar proteininin kristalin segmentlerinden oluşur.
ELP (veya SRT), lizin amino yan grupları vasıtasıyla bir polietilen glikol (PEG) türevi ile çapraz bağlanır. Çapraz bağlama suda gerçekleşirse, malzeme daha sonra bir kalıp içinde kurutulabilir. Sonuç, sert, şeffaf, solvente dirençli bir biyoplastiktir. Mekanik özellikleri, PEG oranına bağlı olarak değiştirilebilir. Bu, oda sıcaklığında yüksek mekanik mukavemete sahip biyoplastiklerin istenen herhangi bir şekilde ve toksik kimyasallar kullanılmadan sıvılaştırma, ekstrüzyon gibi karmaşık işlem adımları olmadan üretilmesini sağlar. Kırılma stresleri birçok ticari plastikten daha üstündür. Geriye kalan sorun, suda şişmeleridir.
ELP bir su/gliserol çözeltisi içinde çapraz bağlanırsa, malzeme jelleşir ve yumuşak, elastik biyoplastiklere dönüşür. Ekip ayrıca bazı biyoteknolojik örümcek ipekleri kadar güçlü biyolifler üretmek için ıslak eğirmeyi kullandı. Doğal enzim elastaz, tüm yeni protein bazlı biyoplastikleri tamamen bozmaktadır.
Gıda boyası ile boyanabilen bu yeni, toksik olmayan biyoplastik ile oyuncak yapmak mümkün. Bu malzeme, hemostatik etkileri olduğundan yaraları kapatmak için de kullanılabilir. İmplantlar birkaç hafta içinde tamamen bozulmuştur.
Ayrıca bilgi depolamak için ELP, spesifik amino asit dizileri vasıtasıyla kodlarla programlanmış peptitlerle birlikte polimerize edilebilir. Bilgiler sıralama yoluyla tekrar okunabilir. Bu, DNA veri depolama ile mümkün olandan daha yüksek bilgi yoğunluğuna izin verecektir.
Kaynak: phys.org
