Teknik

Silke kan ersätta mikroplast

Filip Fast

Mikroplast har orsakat en av de svåraste och värsta typerna av förorening i både marina och territoriella ekosystem. Vi människor kan konsumera marina djur som i sin tur konsumerat dessa plastpartiklar, vilket gör att detta kan påverka vår hälsa. Forskare har det senaste decenniet letat efter potentiella ersättare för just mikroplast och flera förslag har lagts fram. I år meddelade materialforskare from Massachusetts Institute of Technology (MIT) att man lyckats ta fram ytterligare en lovande kandidat: ett artificiellt nedbrytbart silkesprotein. 

Mikroplast är partiklar av plastpolymerer som är mindre än 0,5 cm. De uppkommer antingen från nedbrytningen av större objekt som flaskor och påsar, eller från kommersiella produkter som kosmetika eller jordbruksprodukter, där de avsiktligen har adderats. Mikroplast används nämligen ofta för att skydda andra substanser. Exempelvis kan jordbruksprodukter och farmakologiska substanser levereras i mikrokapslar, en metod som kallas microencapsulation eller mikroinkapsling. Metoden används för att skydda innehållet från oxidering och värme samt reglera utsläppsperioden av innehållet. Tidsperioden för nedbrytningen av plast ligger på upp till flera tusen år och sedan 1950-talet har över 8,3 miljarder metriska ton plast tillverkats. Faktumet att Europeiska Unionen har beslutat att förbjuda majoriteten av icke nedbrytbar mikroplast som avsiktligen tillsätts från 2025 visar vikten av problemet.

Europeiska Unionen beslutade 2019 att kraftigt minska produktionen av mikroplast.

Ett problem med utvecklingen av syntetiska polymerer som skulle kunna ersätta mikroplast är att de blir svåra att använda på en storskalig industriell skala som i fallet med mikroinkapslingen. Ett annat är att de ofta inte håller måttet med plast. Ett mer attraktivt alternativ är att använda naturliga material.

I juli 2022 publicerade ett forskningsteam från MIT en ny teknik som utför inkapslingsprocessen med hjälp av fibroin, proteinfibrer utvunna från silkesfjärilens larver. I experimenten användes C-vitamin, en vanlig farmakologisk produkt, som innehåll i kapslarna. Det finns flera fördelar med användning av fibroin. Bland annat har materialet en stor tillgänglighet då den nyutvecklade tekniken inte kräver silke av lika hög kvalitet som silkesplagg är gjorda av och silket enkelt kan upplösas i en vattenbaserad process. Silke från gamla plagg kan dessutom återanvändas i processen, menar Muchun Liu, en av de ledande forskarna i projektet. Materialet är även lämpligt för att förvara matprodukter då silke, till skillnad från plast, bryts ner naturligt i kroppen.

Metoden för att tillverka fibroin som forskarna använde sig av innefattar spraytorkning och specialiserad ultrasonisk frystorkning. Dessa är båda konserveringsprocesser som använder sig av extrema lufttryck och temperaturer för att bevara den önskade produkten. Genom detta kunde de ändra morfologin, formen hos ytan, hos silkeskapslarna för att testa deras bevarande förmåga och resistens för påverkan från miljön. Forskarna lyckades på så sätt ta fram mikroskopiska kapslar med olika fysiska och kemiska egenskaper, vilka potentiellt kan anpassas för flera användningsområden, däribland i jordbruket för att minska skadliga effekter på grödor. För att förhindra att vätebindningarna i silkproteinet brast i upplösningsprocessen och att proteinkedjorna inte trasslade ihop sig, adderades hydrofiliska surfaktanter. Surfaktanter, eller ytaktiva ämnen, är kemiska substanser som kan ändra ytspänningen mellan fasgränsytor. Dessa består oftast av långa svansar av väte- och kolatomer. Genom olika torkningsprocesser kunde man även jämföra hur den aktiva lasten interagerade med det inkapslande materialet. 

Teamet från MIT utförde även praktiska fälttest i växthusmiljö på majsplantor med flera av dessa kapslar, som innehöll en herbicid (växtdödande medel). Dessa jämfördes med en icke-inkapslad herbicid av samma typ. Man testade även två typer av adjuvanser, det vill säga medel som förbättrar effekten hos en behandling, som används inom jordbruk för att förstärka verkan av herbiciden. Efter tre till sex dagars visuella observationer kunde man konstatera att silkeskapslarna med en av adjuvanserna presterade bättre och gav färre nekrotiska, det vill säga döda, utslag på plantan. Därmed är det möjligt att detta nya silkesmaterial kan få omfattande användning inom jordbrukssektorn. 

Den viktigaste punkten enligt forskarna är att det nya materialet lättare kan tillverkas i masskala då silket är lätt att manipulera och man kan skapa flera typer av inkapslingar beroende på miljö och innehåll. Torkningsprocesserna för bevarandet av kapslarna är också relativt enkla i jämförelse med flera tidigare förslag, där materialen endast kunnat produceras i små mängder i laboratorium, då tekniken redan används i flera industrier. Ytterligare studier och tester för att observera utsläppsperioden av innehållet samt hur andra substanser reagerar med materialet planeras.

Det ser ut som om majoriteten av mikroplaster snabbt börjat närma sig sina bäst före-datum. Enligt direktören för Connecticut Agricultural Experiment Station Experiment Station, Jason White, behövs flera liknande exempel på unika och nya tillvägagångssätt för att lösa dagens pressande miljöproblem.

Källor som användes i den här artikeln

Chandler, David L; Silk offers an alternative to some microplastics; Massachusetts Institute of Technology ; 2022; https://sustainability.mit.edu/article/silk-offers-alternative-some-microplastics,

Liu, Muchun. Millard, Pierre-Eric. Urch, Henning. Zeyons, Ophelie. Finley, Douglas. Konradi, Rupert. Marelli, Benedetto. Small. Microencapsulation of High-Content Actives Using Biodegradable Silk Materials. Vol. 18, 31, 2022: 10.1002/smll.202201487.

National Geographic Society; Microplastics; 2022; https://education.nationalgeographic.org/resource/microplastics,

Prah, Pamela M; Will silk replace plastic and prevent food waste?; ShareAmerica ; 2016; https://share.america.gov/will-silk-replace-plastic-and-prevent-food-waste/,