Европейские биохимики разработали высокопрочный и стойкий 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 промышленности. Об этом сообщила пресс-служба испанского Каталонского института биоинженерии (IBEC).

«На протяжении века мы считали, что произвольный материал будет хорошо сопротивляться силам природы в том случае, если он будет химически инертным. Проведенные нами опыты продемонстрировали нечто обратное — 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 отмечают Фернандес и его коллеги, человечество ежегодно производит несколько сотен миллионов тонн полимеров и пластика, большая часть которых попадает на свалки и в природные среды, где эти инертные материалы почти не разлагаются, а также выделяют токсичные вещества. Подобные соображения побуждают ученых искать более безопасные и природоподобные альтернативы для этих конструкционных материалов.

Европейские биохимики открыли природную альтернативу для пластика, экспериментируя с морскими червями вида Nereis virens, которые обладают мощными челюстями, состоящими из природного биополимера хитозана. В ходе этих опытов ученые случайно 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 более стойкими к действию воды.

Руководствуясь этой идеей, исследователи подготовили экстракт хитозана из панцирей креветок, изготовили из него тонкие пленки, ввели в них разные количества ионов никеля и проследили за тем, как данные биополимерные материалы реагировали на погружение в воду. Это привело 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.

Данный 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 множества слабых связей, укрепляющих структуру всего материала. «Рисунок» и структура этих связей постоянно меняются, благодаря чему биопластик хорошо сопротивляется повреждениям и восстанавливается после них подобно природным биологическим структурам. Это делает его особенно привлекательным для практического использования, подытожили ученые.