Pepsin-nedbrydelig plast af bio-nyloner fra itaconsyre og aminosyrer

Aktuelt tilgængeligt konventionelt nylon såsom nylon 6, nylon 66, og nylon 11 er ikke-nedbrydelige. På den anden side, bio-nyloner afledt af itaconsyre viste højere ydeevne end konventionelle og er nedbrydelige i jord, men nedbrydelighed via fordøjelsesenzymer blev ikke bekræftet.

For at løse disse problemer, et hold forskere fra Japan Advanced Institute of Science and Technologies (JAIST) undersøger synteser af nye bio-nyloner med deres nedbrydelighed via pepsinenzym. Deres seneste undersøgelse, udgivet i Avancerede bæredygtige systemer april 2021, blev ledet af professor Tatsuo Kaneko og Dr. Mohammad Asif Ali.

I dette studie, bio-nyloner blev syntetiseret baseret på kemisk udviklede nye chirale dicarboxylsyrer afledt af fornybare itaconsyrer og aminosyrer (D- eller L-leucin). Yderligere, bio-nyloner blev fremstillet via smeltepolykondensation af hexamethylendiamin med chiralt interaktive heterocykliske disyremonomerer, som vist i figur 1.

De chirale interaktioner blev afledt af den diastereomere blanding af den racemiske pyrrolidonring og de chirale aminosyrer af leucin. Som resultat, polyamiderne viste en glasovergangstemperatur, Tg, 117 grader C og en smeltetemperatur, Tm, på cirka 213 grader C, som var højere end dem for konventionel bio-nylon 11 (Tg på ca. 57 grader C). Bio-nylonerne viste også høje Youngs moduli, E, og mekaniske styrker, σ, spænder fra 2,2-3,8 GPa og 86-108 MPa, henholdsvis.

Sådanne materialer kan bruges som erstatning for konventionelle nylons til fiskenet, reb, faldskærme og emballagematerialer. Bio-nylonerne inklusive peptidbinding viste enzymatisk nedbrydning ved hjælp af pepsin, som er et fordøjelsesenzym, der findes i pattedyrets mave. Pepsinnedbrydning kan forbindes med biologisk nedbrydning i havpattedyrs mave. Dette innovative molekylære design til højtydende nylons kan ved at kontrollere chiralitet bidrage til bæredygtig, kulstofnegativ industri og energibesparelse ved vægtbesparelser.