این پارچه قابل بازیافت از پروتئین ساخته شده است!

به گزارش تابناک به نقل از ایسنا، صنعت نساجی بخش قابل توجهی از زباله‌های جهان را تولید می‌کند و تنها حدود ۱۲ درصد از الیاف‌ها بازیافت می‌شوند. منسوجات بخش قابل توجهی از میکروپلاستیک‌های موجود در اقیانوس‌ها را نیز تشکیل می‌دهند. الیاف مصنوعی در طول هر چرخه شست‌وشو، میکروپلاستیک‌هایی را آزاد می‌کنند که به فاضلاب ریخته می‌شوند و در نهایت به محیط‌های آبی راه می‌یابند. افزایش بازیافت منسوجات به تنهایی این مشکل را حل نمی‌کند، زیرا بازیافت بیشتر الیاف مبتنی بر پتروشیمی دشوار است و آنها در طول چرخه عمر خود همچنان میکروپلاستیک‌های پایدار را آزاد می‌کنند.

به نقل از فیز، مهندسان «دانشگاه واشنگتن در سنت لوئیس» (WashU) به لطف پژوهش اختصاصی زیست‌شناسی مصنوعی در آزمایشگاه «فوژونگ ژانگ» (Fuzhong Zhang)، استاد گروه مهندسی انرژی، محیط زیست و شیمی در دانشکده مهندسی «مک‌کلوی» (McKelvey) و مدیر مشترک مرکز تحقیقات مواد پیشرفته تولید زیست‌شناسی مصنوعی ممکن است راه‌حلی داشته باشند.

نتایج این پژوهش، ابداع موادی مبتنی بر پروتئین بود که در رآکتور‌های زیستی با استفاده از میکروب‌های مهندسی‌شده تولید می‌شوند. این مواد را می‌توان پس از استفاده به راحتی بازیافت کرد و طی چندین چرخه به همان الیاف تبدیل کرد. علاوه بر این، هرگونه ریزذره‌ای که هنگام شست‌وشو از این الیاف آزاد شود، زیست‌تخریب‌پذیر خواهد بود.

ژانگ گفت: ما الیاف پروتئینی قابل بازیافتی را مهندسی کردیم که در عرض چند ثانیه در محلول اسید فرمیک حل می‌شوند، اما در آب پایدار می‌مانند و پس از خشک شدن نیز قوی هستند.

محلول اسید فرمیک یک حلال مقرون‌به‌صرفه و فرّار است که معمولاً در صنعت برای نگهداری خوراک دام، فرآوری چرم، رنگرزی سنتی پارچه، تمیز کردن و بسیاری از فرآیند‌های دیگر استفاده می‌شود. حلال در این حالت، تعاملات پروتئینی که الیاف را به هم متصل نگه می‌دارد، بدون تغییر خود پروتئین تجزیه می‌کند. تبخیر حلال، مواد پروتئینی خام را باقی می‌گذارد که می‌توانند الیاف را با استحکام و خواص اولیه بازسازی کنند.

صنعت بازیافت مدت‌هاست که برای کاربردی‌تر و مقرون‌به‌صرفه‌تر کردن استفاده مجدد از پلاستیک تلاش می‌کند. پلاستیک‌ها را می‌توان ذوب و دوباره قالب‌گیری کرد، اما پلاستیک‌های بازیافتی اغلب ضعیف‌تر هستند؛ به‌ویژه وقتی حاوی افزودنی‌ها یا آلاینده‌ها باشند. سایر روش‌های بازیافت، پیوند‌های شیمیایی درون پلیمر‌ها را می‌شکنند و سپس آنها را از طریق تولید مجدد بازسازی می‌کنند، اما این کار می‌تواند هزینه‌ها و انتشار گاز‌های گلخانه‌ای را افزایش دهد. به‌طورکلی، هرچه ماده‌ای قوی‌تر باشد، بازیافت آن دشوارتر است؛ زیرا همان پیوند‌هایی که به ماده استحکام می‌دهند، باید اغلب در طول بازیافت شکسته شوند.

پژوهشگران برای حل کردن این مشکل از طبیعت الهام گرفتند. آنها توالی‌های ژنتیکی را از پروتئین‌های پای صدف، تار عنکبوت و آمیلوئید‌ها که تجمع پروتئین‌ها هستند، گرفتند و همه آنها را با استفاده از روش پیشرفته مهندسی پروتئین به هم بافتند؛ به طوری که استحکام و قابلیت بازیافت ماده به‌دست‌آمده به طور مستقل قابل کنترل بود.

ماده پروتئینی این پژوهش، SAM نام دارد که ترکیبی از پروتئین تار عنکبوت، آمیلوئید و صدف است. توالی‌های پروتئینی چسبنده صدف‌ها به کنترل توانایی حل شدن مواد در محلول اسید فرمیک کمک می‌کنند. توالی‌های پروتئینی تار عنکبوت و آمیلوئید، تعاملات قوی را بین مواد تضمین می‌کنند که عامل اتصال دوباره زنجیره‌های پلیمری پس از بازیافت هستند. ژانگ گفت: ما توالی‌های پای صدف را تنظیم می‌کنیم تا الیاف SAM قابل بازیافت باشند و در عین حال، از کوچک شدن آنها هنگام خیس شدن جلوگیری شود.

پژوهشگران این فرآیند را با حل کردن و بازسازی چندباره الیاف SAM نشان دادند که به آنها الیافی با استحکام بالا و ثابت داده بود. پروتئین‌های خام بازیافتی را می‌توان در ساخت هیدروژل‌های چسبنده برای کاربرد‌های گوناگون مورد استفاده مجدد قرار داد که می‌توانند دوباره برای تبدیل شدن به الیاف یا هیدروژل‌ها بازیافت شوند.

ایجاد یک سیستم بازیافت حلقه بسته نیز به کاهش هزینه این مواد کمک می‌کند. تولید زیستی ارزان نیست و به همین دلیل، پژوهشگران اغلب به هدف قرار دادن کاربرد‌های لوکس محدود بودند، اما با یک سیستم چرخشی منابع، هزینه‌های تولید زیستی به شدت کاهش می‌یابد. ژانگ گفت: بازیافت محصول نهایی برای چندین دور می‌تواند هزینه‌های تولید را به مرور زمان به طور قابل توجهی کاهش دهد.

این پژوهش در مجله Advanced Materials به چاپ رسید.