دانشمندان جایگزین پلاستیکی توسعه دادند که می‌تواند با آلودگی اقیانوس‌ها مبارزه کند!

مهندسان زیست‌پزشکی دانشگاه کالیفرنیای جنوبی (USC) ماده‌ای زیست‌سازگار، جدید و ایمن برای اقیانوس‌ها توسعه داده‌اند که خطر آلودگی میکروپلاستیک را از بین می‌برد.

آلودگی پلاستیکی همچنان یک تهدید عمده برای اکوسیستم‌های دریایی است، به‌طوری که یونسکو گزارش می‌دهد ۸۰ درصد از کل آلودگی اقیانوس‌ها را تشکیل می‌دهد. هر سال، تخمین زده می‌شود که ۸ تا ۱۰ میلیون تن متریک پلاستیک وارد دریا می‌شود. در یک پیشرفت امیدوارکننده، محققان دانشکده مهندسی ویتِربی USC یک ماده طبیعی موجود در صدف‌ها را شناسایی کرده‌اند که ممکن است به ایجاد جایگزینی ایمن‌تر و پایدارتر برای پلاستیک‌های معمولی کمک کند.

این مطالعه توسط یون جی چونگ، دارنده کرسی «دکتر کارل جاکوب جونیور و کارل جاکوب سوم» در دانشکده مهندسی ویتِربی USC، رهبری می‌شود. چونگ به دلیل تخصصش در نانوذرات مهندسی‌شده برای مصارف پزشکی شناخته شده است. او با استفاده از پیشینه خود در بیومواد، به همراه تیم تحقیقاتی‌اش، اخیراً نوع جدیدی از جایگزین پلاستیک زیست‌تخریب‌پذیر را ایجاد کرده‌اند. این تیم با ترکیب کربنات کلسیم، که یک ماده معدنی موجود در صدف‌هاست، با پلی (۱،۸-اکتان‌دی‌ال-کو-سیترات) (POC)، یک پلیمر زیست‌تخریب‌پذیر تأییدشده توسط سازمان غذا و داروی آمریکا (FDA) برای تثبیت ارتوپدی، ماده‌ای را مهندسی کردند که ممکن است به کاهش وابستگی به پلاستیک‌های سنتی کمک کند. نتایج این تحقیق در نشریه MRS Communications منتشر شده است.

از پلیمرهای زیست‌پزشکی تا پلاستیک‌های پایدار

کار فعلی چونگ به ایده‌هایی بازمی‌گردد که او در دوران تحقیقات تحصیلات تکمیلی خود بررسی کرده بود. در آن زمان، او روی پلیمری ساخته‌شده از اسید سیتریک، یک ترکیب طبیعی موجود در مرکبات مانند پرتقال، تحقیق می‌کرد. هدف او در آن زمان توسعه پلیمرهای زیست‌تخریب‌پذیر برای مصارف پزشکی مانند بخیه‌ها و دستگاه‌های ترمیم تاندون بود.

او گفت:

در دوران تحصیلات تکمیلی، ما هیدروکسی‌آپاتیت را اضافه کردیم، که این ذرات کلسیم در استخوان شما هستند، و من آنها را با هم ساختم، و اکنون آنها مواد زیست‌تخریب‌پذیری هستند که قبلاً توسط FDA تأیید شده‌اند.

به این فکر افتادم که صدف‌ها نیز کلسیم دارند. به همین دلیل است که آنها مانند استخوان سفت هستند. اما آنها نوع متفاوتی از ذرات کلسیم دارند. بنابراین، من اساساً کاری را که انجام داده بودم، تطبیق دادم و آن را برای یک ماده پلاستیکی جایگزین مناسب‌تر کردم.

چونگ افزود:

بافت پلیمر اسید سیتریک چسبنده و شبیه آدامس است. وقتی ذرات کلسیم اضافه می‌شوند و در فِر حرارت داده و پخته می‌شود، ماده‌ای شبیه پلاستیک تشکیل می‌دهد. ماده حاصل، POC-CC، به نمونه اولیه تبدیل شد و به شکل حلقه‌های نگهدارنده نوشیدنی قوطی نوشابه برش داده شد که به اندازه کافی محکم بودند تا قوطی‌ها را نگه دارند.

آزمایش دوام و تخریب دریایی

تیم فرض کرد که ماده POC-CC یک جایگزین پلاستیکی زیست‌سازگار خواهد بود که می‌تواند در محیط‌های دریایی تجزیه شود و در عین حال استحکام کافی برای کاربردهای صنعتی را حفظ کند.

برای آزمایش این موضوع، POC-CC با غلظت‌های مختلف کربنات کلسیم سنتز شد. طی شش ماه، آنها عوامل مختلفی از جمله نرخ تخریب وزن در آب اقیانوس و تأثیر ماده بر pH آب پس از انکوباسیون طولانی‌مدت را مشاهده کردند.

چونگ ادامه داد:

نتایج ما نشان می‌دهد که نرخ تخریب با افزایش محتوای POC افزایش می‌یابد و افزودن CC pH آب اقیانوس را حفظ می‌کند.

یکی دیگر از مزایای این ماده، زیست‌سازگاری آن است — این ماده برخلاف میکروپلاستیک‌های وارد شده، به حیات دریایی آسیبی نمی‌رساند. تیم تحقیقاتی نوعی جلبک سبز (Scenedesmus sp.) را به همراه ماده POC-CC، به مدت شش ماه در آب شبیه‌سازی شده اقیانوس نگهداری کردند. تیم بقای بالای سلولی را مشاهده کرد که این واقعیت را تأیید می‌کند که جایگزین پلاستیک POC-CC با میکروارگانیسم‌های دریایی زیست‌سازگار است.

چونگ و تیمش اکنون در حال برنامه‌ریزی برای نسخه بهبود یافته نسل دوم این ماده هستند تا به تجزیه سریع‌تر آن کمک کنند.

او افزود که این ماده کاربردهای بالقوه بسیاری دارد، از جمله در تولید نی‌های زیست‌تخریب‌پذیر که قوی‌تر از نی‌های بامبو یا کاغذی و ایمن‌تر از نی‌های فلزی قابل استفاده مجدد هستند.

منبع: Scitechdaily