По данным ЮНЕСКО, пластиковые отходы составляют 80% всего морского загрязнения — ежегодно в океаны попадает от 8 до 10 миллионов тонн пластика. Исследователи Инженерной школы Витерби Университета Южной Калифорнии обнаружили, что минерал, часто встречающийся в раковинах морских моллюсков, может стать основой для более безопасной альтернативы пластику.

Исследование возглавляет Ын Джи Чон, профессор кафедры Карла Джейкоба-младшего и Карла Джейкоба III для молодых учёных в Инженерной школе Витерби при Университете Южной Калифорнии, а также ведущий эксперт в области разработанных наночастиц для клинического применения. Обладая опытом в сфере биоматериалов, Чон и её лаборатория недавно создали новую биосовместимую альтернативу пластику, добавив карбонат кальция из раковин морских моллюсков в поли(1,8-октандиол-ко-цитрат) (POC) — одобренный FDA биоразлагаемый материал, используемый в ортопедических фиксаторах. Результаты исследования опубликованы в журнале MRS Communications.

Чон вернулась к исследованиям, которые проводила ещё в аспирантуре, где работала над биоразлагаемым полимером на основе лимонной кислоты — вещества, содержащегося в апельсинах. Тогда её работа была направлена на создание полимеров для медицинских целей, таких как швы и устройства для фиксации сухожилий.

«В аспирантуре мы добавляли гидроксиапатит — это частицы кальция, которые содержатся в костях, — и я объединила их с полимером. В итоге получились биоразлагаемые материалы, которые теперь уже одобрены FDA», — рассказала Чон.

«Я задумалась о том, что в раковинах морских моллюсков тоже есть кальций. Поэтому они такие же твёрдые, как кости. Но там другой тип кальциевых частиц. По сути, я адаптировала свою прежнюю работу и повторила её, сделав материал более подходящим в качестве альтернативы пластику», — объяснила Чон.

По словам Чон, полимер на основе лимонной кислоты по своей текстуре липкий, как жевательная резинка. Но когда к нему добавляют кальциевые частицы, а затем нагревают и запекают в печи, получается материал, похожий на пластик. Получившийся состав, названный POC-CC, был использован для создания прототипа — его вырезали в форме колец для упаковки банок с газировкой, и он оказался достаточно прочным, чтобы удерживать банки.

Команда выдвинула гипотезу, что материал POC-CC может стать биосовместимой заменой пластику, способной разлагаться в морской среде, при этом сохраняя достаточную прочность для использования в промышленности.

Чтобы проверить свою гипотезу, исследователи синтезировали POC-CC с различными концентрациями карбоната кальция. В течение шести месяцев они наблюдали за несколькими параметрами, включая скорость потери массы материала в морской воде и влияние POC-CC на уровень pH воды после длительного воздействия.

«Наши результаты показали, что скорость разложения увеличивается с ростом содержания POC, а добавление карбоната кальция (CC) помогает сохранять pH морской воды на стабильном уровне», — рассказала Чон.

Ещё одно преимущество нового материала — его биосовместимость: он не наносит вреда морской жизни, в отличие от микропластика, попадающего в океаны. Исследовательская группа проводила эксперимент, в котором выращивала зелёные водоросли (Scenedesmus sp.) вместе с материалом POC-CC в условиях, имитирующих морскую воду, на протяжении шести месяцев. В ходе наблюдений учёные зафиксировали высокую жизнеспособность клеток, что подтвердило безопасность POC-CC для морских микроорганизмов.

Чон и её команда уже работают над усовершенствованной версией материала второго поколения, чтобы он разлагался ещё быстрее.

Чон также отметила, что у материала множество потенциальных применений — например, его можно использовать для производства биоразлагаемых трубочек, которые будут прочнее, чем бамбуковые или бумажные, и безопаснее, чем многоразовые металлические.