Tanaman “sutra laba-laba vegan” memberikan alternatif berkelanjutan untuk plastik sekali pakai

Para peneliti telah menciptakan bahan nabati yang terukur dan berkelanjutan yang dapat menggantikan plastik sekali pakai di banyak produk konsumen. Kredit: Xampla

Para peneliti telah menciptakan bahan nabati yang terukur dan berkelanjutan yang dapat menggantikan plastik sekali pakai di banyak produk konsumen.

Para peneliti di Universitas Cambridge menciptakan film polimer yang meniru sifat-sifat sutra laba-laba, salah satu bahan alam terkuat. Bahan baru ini sekuat plastik biasa yang saat ini digunakan dan dapat menggantikan plastik di banyak produk rumah tangga biasa.

Bahan tersebut dibuat menggunakan pendekatan baru untuk merakit protein nabati menjadi bahan yang meniru sutra pada tingkat molekuler. Metode efisiensi energi, yang menggunakan bahan-bahan berkelanjutan, menghasilkan film plastik independen, yang dapat diproduksi dalam skala industri. Warna “struktural” yang tidak pudar dapat ditambahkan ke polimer dan juga dapat digunakan untuk membuat pelapis tahan air.

Bahannya dapat dibuat kompos di rumah, sementara jenis bioplastik lainnya membutuhkan fasilitas pengomposan industri untuk terurai. Selain itu, bahan yang dikembangkan oleh Cambridge tidak memerlukan modifikasi kimia pada blok bangunan alaminya, sehingga dapat terdegradasi dengan aman di sebagian besar lingkungan alami.

Produk baru tersebut akan dipasarkan oleh Xampla, perusahaan yang berasal dari University of Cambridge yang mengembangkan pengganti plastik sekali pakai dan mikroplastik. Perusahaan akan memperkenalkan berbagai amplop dan kapsul sekali pakai akhir tahun ini, yang dapat menggantikan plastik yang digunakan dalam produk sehari-hari, seperti tablet pencuci piring dan kapsul deterjen cucian. Hasilnya dilaporkan dalam jurnal Komunikasi di Alam.

Produk konsumen sutra laba-laba vegan

Contoh penggantian plastik sekali pakai dalam produk konsumen, diproduksi dengan meniru sifat-sifat sutra laba-laba, salah satu bahan terkuat di alam. Kredit: Xampla

Selama bertahun-tahun, Profesor Tuomas Knowles dari Departemen Kimia di Yusuf Hamied di Cambridge telah meneliti perilaku protein. Sebagian besar penelitiannya berfokus pada apa yang terjadi ketika protein salah melipat atau berperilaku tidak semestinya, dan bagaimana kaitannya dengan kesehatan dan penyakit manusia, terutama Alzheimer penyakit.

“Kami biasanya menyelidiki bagaimana interaksi protein fungsional memungkinkan kita untuk tetap sehat dan bagaimana interaksi tidak teratur terlibat dalam penyakit Alzheimer,” kata Knowles, yang memimpin penelitian saat ini. “Sungguh mengejutkan menemukan bahwa penelitian kami juga dapat mengatasi masalah keberlanjutan utama: polusi plastik.”

Sebagai bagian dari penelitian mereka tentang protein, Knowles dan kelompoknya tertarik pada mengapa bahan seperti sutra laba-laba begitu kuat ketika mereka memiliki ikatan molekul yang begitu lemah. “Kami telah menemukan bahwa salah satu karakteristik utama yang memberi kekuatan pada sutera laba-laba adalah bahwa ikatan hidrogen tersusun secara teratur di ruang angkasa dan pada kepadatan yang sangat tinggi,” kata Knowles.

Rekan penulis, Dr. Marc Rodriguez Garcia, peneliti pascadoktoral di grup Knowles yang sekarang menjadi kepala R&D di Xampla, mulai mempelajari cara mereplikasi perakitan mandiri reguler ini menjadi protein lain. Protein memiliki kecenderungan untuk mengatur dan merakit sendiri secara molekuler, dan protein nabati khususnya berlimpah dan dapat diperoleh secara berkelanjutan sebagai produk sampingan dari industri makanan.

“Sangat sedikit yang diketahui tentang perakitan mandiri protein nabati dan sangat menarik untuk mengetahui bahwa dengan mengisi kesenjangan pengetahuan ini, kita dapat menemukan alternatif untuk plastik sekali pakai,” kata mahasiswa PhD Ayaka Kamada, penulis pertama makalah ini.

Para peneliti berhasil mereplikasi struktur yang ditemukan dalam sutra laba-laba dengan menggunakan isolat protein kedelai, protein dengan komposisi yang sama sekali berbeda. “Karena semua protein terbuat dari rantai polipeptida, di bawah kondisi yang tepat kita dapat membuat protein nabati bersatu dengan cara yang sama seperti sutra laba-laba,” kata Knowles. “Pada laba-laba, protein sutra larut dalam larutan berair, yang kemudian menjadi serat yang sangat kuat melalui proses pemintalan yang membutuhkan sedikit energi.”

“Peneliti lain telah bekerja secara langsung dengan bahan sutra sebagai pengganti plastik, tetapi mereka tetap merupakan produk hewani,” kata Rodriguez Garcia. “Entah bagaimana kami menciptakan ‘sutra laba-laba vegan’: kami menciptakan bahan yang sama tanpa laba-laba.”

Setiap substitusi plastik membutuhkan polimer lain: dua yang secara alami ada dalam jumlah besar adalah polisakarida dan polipeptida. Selulosa dan nanoselulosa adalah polisakarida dan telah digunakan untuk berbagai aplikasi, tetapi seringkali memerlukan beberapa bentuk ikatan silang untuk membentuk bahan yang tahan. Protein bersatu dan dapat membentuk bahan yang kuat seperti sutra tanpa modifikasi kimia apa pun, tetapi mereka jauh lebih sulit untuk dikerjakan.

Para peneliti menggunakan isolat protein kedelai (SPI) sebagai protein nabati uji, karena sudah tersedia sebagai produk sampingan dari produksi minyak kedelai. Protein nabati seperti SPI kurang larut dalam air, sehingga sulit untuk mengontrol perakitan sendiri dalam struktur yang teratur.

Teknik baru menggunakan campuran asetat yang ramah lingkungan environmentally AC id dan air, dikombinasikan dengan ultrasound dan suhu tinggi, untuk meningkatkan kelarutan SPI. Metode ini menghasilkan struktur protein dengan interaksi antar molekul yang ditingkatkan yang dipandu oleh pembentukan ikatan hidrogen. Pada langkah kedua, pelarut dihilangkan, menghasilkan film yang tidak larut dalam air.

Bahan ini memiliki kinerja yang setara dengan plastik rekayasa kinerja tinggi seperti polietilen densitas rendah. Kekuatannya terletak pada susunan rantai polipeptida yang teratur, sehingga tidak diperlukan ikatan silang kimia, yang sering digunakan untuk meningkatkan kinerja dan kekuatan film biopolimer. Agen pengikat silang yang paling umum digunakan tidak berkelanjutan dan bahkan mungkin beracun, sementara tidak ada unsur beracun yang diperlukan untuk teknik yang dikembangkan oleh Cambridge.

“Ini adalah puncak dari sesuatu yang telah kami kerjakan selama lebih dari sepuluh tahun, yaitu memahami bagaimana alam menghasilkan bahan dari protein,” kata Knowles. “Kami tidak berangkat untuk memecahkan tantangan keberlanjutan: kami termotivasi oleh rasa ingin tahu tentang cara membuat bahan yang kuat dari interaksi yang lemah.”

“Terobosan utama di sini adalah kemampuan untuk mengontrol perakitan sendiri, jadi kami sekarang dapat membuat material berkinerja tinggi,” kata Rodriguez Garcia. “Sangat menyenangkan menjadi bagian dari perjalanan ini. Ada masalah polusi plastik yang sangat besar dan besar di dunia dan kami berada dalam posisi beruntung untuk dapat melakukan sesuatu tentang hal itu ”.

Referensi: 10 Juni 2021, Komunikasi di Alam.
DOI: 10.1038 / s41467-021-23813-6

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Menyelidiki lebih dalam tentang asal usul sinar kosmik dengan gerakan Brown geometris

Representasi skema sinar kosmik yang merambat melalui awan magnetik. Kredit: Salvatore Buonocore Model simulasi menyediakan langkah pertama dalam mengembangkan algoritma untuk meningkatkan metode deteksi. Sinar...

Penyerapan elektron terpisah yang ditangkap dalam film

Film menangkap gambar penangkapan elektron terpisah. Kredit: Javier Marmolejo Para peneliti di Universitas Gothenburg telah mengamati penyerapan satu elektron oleh tetesan melayang dengan amplitudo...

Perlindungan probiotik? Bakteri Usus Ditemukan Melindungi Usus Terhadap Virus COVID-19

Para peneliti dari Universitas Yonsei di Korea Selatan telah menemukan bahwa bakteri tertentu yang hidup di usus manusia mengeluarkan obat yang menghambat SARS-CoV-2. ...

Menggali sejarah populasi Neanderthal menggunakan DNA nuklir purba dari sedimen gua

Galeri patung gua di Spanyol utara. Penulis: Javier Trueba - film sains Madrid DNA mitokondria manusia purba telah diekstraksi dari deposit gua, tetapi nilainya...

Sakelar Semikonduktor Berpanduan Laser untuk Komunikasi Generasi Selanjutnya

Insinyur Laboratorium Nasional Lawrence Livermore telah menemukan jenis baru sakelar semikonduktor yang digerakkan oleh laser yang secara teoritis dapat mencapai kecepatan lebih tinggi pada...

Newsletter

Subscribe to stay updated.