Ledende biopolymerer ved hjælp af genanvendte fødevareindustriens biprodukter

Avancerede materialer for nylig offentliggjort resultaterne af Technion-forskere, der skabte ledere, der er relevante for solenergiproduktion, biomedicinsk videnskab, og flere bruger biprodukter fra fødevareindustrien, som ellers ville blive kasseret som affald. Teknologien demonstreret i artiklen giver mulighed for det enkle, hurtig, omkostningseffektiv, og miljøvenlig produktion af biopolymerer, som omfatter anvendelse til elektrofysiologisk signalføling.

Undersøgelsen blev udført på Schulich-fakultetet for kemi under ledelse af adjunkt Nadav Amdursky, Leder af Biopolymers and Bioelectronics Laboratory, og ph.d.-studerende Ramesh Nandi og Yuval Agam. Ifølge prof. Amdursky, "Den nuværende globale grønne trend er ikke gået uden om industrien, og adskillige grupper verden over arbejder på nye løsninger, der vil begrænse forureningen forårsaget af produktionen af ​​syntetiske materialer og selve deres tilstedeværelse. En af mulighederne er, selvfølgelig, brug af naturlige materialer, og den store udfordring er at tilpasse dem til behovene. "

De to hovedtilgange i miljøbevidst kemi er miljøkemi – skabelsen af ​​miljøvenlige materialer; og bæredygtig kemi - produktion baseret på tilgængelige nedbrydelige materialer og energieffektive processer. Den nuværende forskning integrerer de to tilgange i en miljøvenlig produktionsproces, der giver miljøvenlige produkter i sammenhæng med ledende polymerer.

Polymerer er lange kæder, der består af tusindvis af byggesten kaldet monomerer. Silke, uld og bomuldsfibre er eksempler på naturlige polymerer, hvorimod nylon og PVC er syntetiske polymerer. Ledende polymerer er en undergruppe af polymerer, og de tjener til en lang række applikationer:elektronik, energilagring, brændstofceller, medicin, og andre. Disse polymerer fremstilles i øjeblikket ved hjælp af processer, der er dyre og forårsager forurening på grund af brugen af ​​derivater af olie, gas, og fossilt brændstof.

Alternativet foreslået af Technion-forskerholdet er proteinpolymerer - molekyler, der er til stede i forskellige biologiske væv, såsom silke- og uldfibre, edderkoppespind, hår, og negle. Her, som sagt, de er biprodukter fra fødevareindustrien, som ellers ville blive kasseret som affald. Ifølge prof. Amdursky, "Inspirationen til at bruge proteiner til at skabe ledende polymerer stammer fra den unikke funktion af proteiner i naturen - de er udelukkende ansvarlige for at transportere forskellige ladningsbærere i flora og fauna; f.eks. i cellulær respiration eller i fotosyntese i planter."

Forskerne lavede gennemsigtige polymerfilm med høj ledningsevne. Denne film er velegnet til biologiske og biomedicinske anvendelser, da den er ugiftig. Det er biologisk nedbrydeligt i menneskekroppen, og kan strækkes til cirka 400% af sin oprindelige længde, uden at forringe dets elektriske egenskaber væsentligt. Dens ledningsevne er blandt de højeste påvist i biologiske materialer.

Ifølge prof. Amdursky, "Produktionen af ​​filmen i vores forskning var en one-pot proces, spontan, billig, hurtig, energieffektiv, og ikke-forurenende. I artiklen, vi demonstrerer brugen af ​​filmen som 'kunstig hud', der ikke-invasivt overvåger elektrofysiologiske signaler. Disse signaler spiller en meningsfuld rolle i hjerne- og muskelaktivitet, og derfor er deres eksterne overvågning en meget vigtig udfordring."

Prof. Amdursky understreger, at da denne teknologi er designet til anvendelse og kommercialisering, "det økonomiske hensyn er nøglen, og følgelig det er vigtigst at sænke omkostningerne ved produktionsprocesser, så de giver et produkt, der er konkurrencedygtigt, også hvad angår pris, med oliebaserede polymerer, og glad, det er lykkedes. Dette kommer ud over reduktionen af ​​miljøskader i produktionsfasen såvel som under brug. Den nye polymer er fuldstændig biologisk nedbrydelig på mindre end 48 timer, i modsætning til syntetiske polymerer, som ikke er biologisk nedbrydelige og som følge heraf, forurener vores planet."