Полученные из ракообразных и морских водорослей материла могут стать частью ответа следующего поколения на проблему замены пластиковых пленок на нефтяной основе, заявляют ученые из Университета штата Северная Каролина, опубликовавшие накануне результаты своих исследований в научном журнале Cell Reports Physical Science.
Ученые использовали различные сочетания хитозана (биополимера, ответственного за твердость панцирей крабов) с агарозой (биополимером, экстрагируемым из морских водорослей и обычно используемым в производстве гелей). Полученные новые биополимерные композитные пленки обладают замечательной прочностью, биоразлагаемостью, антибактериальными и водоотталкивающими, а также прозрачностью, что открывает путь к созданию экологически чистых упаковочных пленок как для продуктов питания, так и для потребительских товаров.
– Из синтетических полимеров получаются очень хорошие пленки, но мы хотим заменить их природными биополимерами, – заявил ведущий автор исследования профессор Орлин Велев. – Вопрос в том, как нам настроить совместную структуру этих природных полимеров — в нашем случае агарозы и хитозана — чтобы мы могли обладать всеми желаемыми свойствами синтетических полимеров внутри устойчивой, биоразлагаемой пленки?
Решая проблемы, с которыми сталкивались при предыдущих попытках смешать хитозан и агарозу, исследователи применили новый подход. Они усилили агарозные пленки фибриллированным коллоидным чешуйчатым материалом, известным как мягкие дендритные коллоиды, полученные из хитозана. Эти хитозановые микро- и наноразмерные фибриллы, иерархически разветвленные, обеспечивают прочность и стабильность агарозной пленки.
– Химически модифицировать природные полимеры сложно, но мы можем изменить их морфологию и использовать их в качестве композитов, – объяснил аспирант университета Северной Каролины Йосра Котби.
Эксперимент показал, что биополимерные композиты примерно в четыре раза прочнее, чем одни только агарозные пленки, При этом они обладают еще и устойчивостью к кишечной палочке. Важно, что биополимерный композитный лист значительно разрушился после месяца пребывания в грунте, что подчеркивает его способность к биологическому разложению, в то время как обычный пластиковый пакет для сэндвичей остался нетронутым.
Профессор Велев подчеркивает необходимость дальнейшей работы совершенствованию биополимерных композитных пленок – по свойствам они должны соответствовать синтетическим полимерным пленкам (непроницаемость для воды и кислорода). Только в этом случае можно обеспечить широкое применение биополимеров.