Исследователи разрабатывают биоразлагаемое и биоперерабатываемое стекло
Стекло повсеместно распространено и имеет важное значение для жизни человека. Но широкое использование стойкого, не поддающегося биологическому разложению стекла, которое не может быть устранено естественным путем, создает долговременную опасность для окружающей среды.
Чтобы решить эту проблему, исследовательская группа под руководством профессора Яна Сюэхая из Института технологии процессов (IPE) Китайской академии наук (CAS) разработала семейство экологически чистых стекол биологического происхождения, изготовленных из биологически полученных аминокислот или пептидов. Предлагаемое стекло является биоразлагаемым и пригодным для биопереработки.
Традиционное стекло, такое как обычное неорганическое стекло и полиметилметакрилатное (ПММА) органическое стекло и т. д., является биологически несовместимым и плохо разлагается в природе.
Ожидается, что разработка биоразлагаемого и биоперерабатываемого стекла окажет минимальное воздействие на окружающую среду.
К сожалению, производство такого экологически чистого стекла биологического происхождения очень сложно, поскольку биомолекулы обладают плохой термической стабильностью и легко разлагаются при высоких температурах, обычно используемых в производстве стекла.
В этом исследовании ученые использовали химически модифицированные аминокислоты и пептиды для изготовления биомолекулярного стекла с характеристиками биоразлагаемости и биоперерабатываемости с помощью классической процедуры «закалки нагреванием».
Исследователи отслеживали стеклообразующую способность, кинетические и термодинамические параметры материала, связанные со стеклованием, а также характеристики стекла in vitro и in vivo.
Удивительно, но биомолекулярное стекло на основе производных аминокислот или пептидов продемонстрировало уникальное сочетание функциональных свойств и экологичности, в том числе превосходные оптические характеристики, хорошие механические свойства и гибкую технологичность, а также желаемую биоразлагаемость и биоперерабатываемость.
«Концепция биомолекулярного стекла, помимо коммерчески используемых стекол или пластика, может лежать в основе технологии «зеленой жизни» для устойчивого будущего», — сказал профессор Ян. «Однако биомолекулярное стекло в настоящее время находится на лабораторной стадии и далеко от крупномасштабной коммерциализации».
В ходе лабораторных испытаний было обнаружено, что стекло демонстрирует «отличные оптические характеристики, хорошие механические свойства и гибкую технологичность», последнее относится к тому факту, что его можно легко отливать в коммерческие формы или печатать на 3D-принтере.
И что важно, когда кусочки стекла компостировались, микробы в почве разрушали их в течение от трех недель до 7,5 месяцев, в зависимости от конкретных используемых аминокислот или пептидов.
Исследования на мышах также показали, что стекло безвредно биоразлагается в организме, предполагая, что его можно использовать в таких приложениях, как имплантаты для дозирования лекарств, которые не нужно удалять после того, как их работа выполнена.
Статья об исследовании была опубликована в журнале Science Advances.