تحويل الذباب إلى بلاستيك قابل للتحلل | إنفيروتيك

تحويل الذباب إلى بلاستيك قابل للتحلل | إنفيروتيك

الطابع الزمني: 16 آب (أغسطس) 2023 ، الساعة 7:27 صباحًا
عقدة المصدر: 2826923

[المحتوى جزءا لا يتجزأ]

يتم عرض مشروع يستخدم الحشرات كمصدر للمواد الكيميائية لصنع مواد بلاستيكية يمكن أن تتحلل بيولوجيًا لاحقًا في حدث الجمعية الكيميائية الأمريكية (ACS) لخريف 2023، وهو اجتماع مختلط يعقد في الفترة من 13 إلى 17 أغسطس.

يشمل التقدم الذي أحرزه الباحثون حتى الآن عزل وتنقية المواد الكيميائية المشتقة من الحشرات وتحويلها إلى مواد بلاستيكية حيوية وظيفية.

قالت كارين وولي، الباحثة الرئيسية في المشروع: "على مدى 20 عامًا، كانت مجموعتي تعمل على تطوير طرق لتحويل المنتجات الطبيعية - مثل الجلوكوز الذي يتم الحصول عليه من قصب السكر أو الأشجار - إلى بوليمرات قابلة للتحلل وقابلة للهضم ولا تبقى في البيئة". "لكن هذه المنتجات الطبيعية يتم حصادها من الموارد التي تستخدم أيضًا في الغذاء والوقود والبناء والنقل".

لذلك بدأ وولي بالبحث عن مصادر بديلة لا تحتوي على هذه التطبيقات المنافسة. اقترح زميلها جيفري تومبرلين أن بإمكانها استخدام منتجات النفايات المتبقية من زراعة ذباب الجندي الأسود، وهي صناعة آخذة في التوسع كان يساعد في تطويرها.

تحتوي يرقات هذا الذباب على العديد من البروتينات والمركبات المغذية الأخرى، لذلك يتم تربية الحشرات غير الناضجة بشكل متزايد من أجل علف الحيوانات واستهلاك النفايات. ومع ذلك، فإن عمر البالغين قصير بعد انتهاء أيام التكاثر، ثم يتم التخلص منهم. بناءً على اقتراح تومبرلين، أصبحت تلك الجثث البالغة مادة البداية الجديدة لفريق وولي. وقالت كاسيدي تيبيتس، وهي طالبة دراسات عليا تعمل في المشروع في مختبر وولي بجامعة تكساس إيه آند إم: "إننا نأخذ شيئًا يعتبر قمامة بالمعنى الحرفي للكلمة، ونصنع منه شيئًا مفيدًا".

ذباب الجنديذباب الجندي
يعتبر ذباب الجندي الأسود مصدرًا جيدًا للمواد الكيميائية المستخدمة في صناعة البلاستيك الحيوي، كما يقترح الباحثون (مصدر الصورة: كاسيدي تيبيتس).

عندما فحصت تيبتس الذباب الميت، قررت أن الكيتين هو مكون رئيسي. يعمل هذا البوليمر غير السام والقابل للتحلل البيولوجي والمعتمد على السكر على تقوية القشرة أو الهيكل الخارجي للحشرات والقشريات. يقوم المصنعون بالفعل باستخراج الكيتين من قشور الجمبري وسرطان البحر لتطبيقات مختلفة، وقد طبق تيبيتس تقنيات مماثلة باستخدام شطف الإيثانول، ونزع المعادن الحمضية، وإزالة البروتين الأساسي، وإزالة اللون المبيض لاستخراجه وتنقيته من جثث الحشرات. وتقول إن مسحوق الكيتين الذي تم الحصول عليه من الذباب ربما يكون أكثر نقاءً، لأنه يفتقر إلى اللون الأصفر والملمس المتكتل للمنتج التقليدي. وتشير أيضًا إلى أن الحصول على الكيتين من الذباب يمكن أن يتجنب المخاوف المحتملة بشأن بعض أنواع الحساسية من المأكولات البحرية. قام بعض الباحثين الآخرين بعزل الكيتين أو البروتينات من يرقات الذباب، لكن وولي تقول إن فريقها هو أول فريق عرفته يستخدم الكيتين من الذباب البالغ الذي تم التخلص منه، والذي - على عكس اليرقات - لا يستخدم كغذاء.

وبينما تواصل تيبتس تحسين تقنيات الاستخلاص، تقوم هونج مينج جو، وهي طالبة دراسات عليا أخرى في مختبر وولي، بتحويل الكيتين الذبابة المنقى إلى بوليمر مماثل يعرف باسم الشيتوزان. يقوم بذلك عن طريق تجريد مجموعات الأسيتيل من الكيتين. يكشف ذلك عن المجموعات الأمينية المتفاعلة كيميائيًا والتي يمكن تشغيلها ثم ربطها بشكل متشابك. تعمل هذه الخطوات على تحويل الشيتوزان إلى مواد بلاستيكية حيوية مفيدة مثل الهلاميات المائية فائقة الامتصاص، وهي عبارة عن شبكات بوليمر ثلاثية الأبعاد تمتص الماء.

أنتج قوه هيدروجيل يمكنه امتصاص 47 ضعف وزنه من الماء في دقيقة واحدة فقط. يقول وولي إنه من الممكن استخدام هذا المنتج في تربة الأراضي الزراعية لالتقاط مياه الفيضانات ثم إطلاق الرطوبة ببطء خلال فترات الجفاف اللاحقة. تشرح قائلة: "هنا في تكساس، نحن دائمًا إما في حالة فيضانات أو جفاف، لذلك كنت أحاول التفكير في كيفية صنع هيدروجيل فائق الامتصاص يمكنه معالجة هذه المشكلة". ولأن الهيدروجيل قابل للتحلل بيولوجيًا، فإنه يجب أن يطلق تدريجيًا مكوناته الجزيئية كمواد مغذية للمحاصيل.

هذا الصيف، بدأ الفريق مشروعًا لتحليل الكيتين إلى الجلوكوزامين الأحادي. سيتم بعد ذلك استخدام جزيئات السكر الصغيرة هذه في صناعة البلاستيك الحيوي، مثل البولي كربونات أو البولي يوريثان، والتي تُصنع تقليديًا من البتروكيماويات. ويحتوي ذباب الجندي الأسود أيضًا على العديد من المركبات المفيدة الأخرى التي تخطط المجموعة لاستخدامها كمواد أولية، بما في ذلك البروتينات والحمض النووي والأحماض الدهنية والدهون والفيتامينات.

تهدف المنتجات المصنوعة من وحدات البناء الكيميائية هذه إلى التحلل أو الهضم عند التخلص منها، لذلك لن تساهم في مشكلة التلوث البلاستيكي الحالية. إن رؤية وولي لهذه العملية ستجعلها تتماشى مع مفهوم الاقتصاد الدائري المستدام: "في النهاية، نرغب في أن تأكل الحشرات نفايات البلاستيك كمصدر طعام لها، ثم نحصدها مرة أخرى ونجمع مكوناتها لصنع مواد بلاستيكية جديدة". "، كما تقول. "وبالتالي فإن الحشرات لن تكون المصدر فحسب، بل ستستهلك أيضًا المواد البلاستيكية المهملة."

يعترف الباحثون بالدعم والتمويل من مؤسسة ويلش والتبرع الخاص.

الطابع الزمني:

اكثر من إنفيروتيك