Inovação

‘Seda de aranha vegana’ fornece alternativa sustentável para plásticos de uso único

Os pesquisadores criaram um material vegetal, sustentável e escalonável que pode substituir os plásticos descartáveis ​​em muitos produtos de consumo.

Os pesquisadores, da Universidade de Cambridge, criaram um filme de polímero imitando as propriedades da seda de aranha, um dos materiais mais fortes da natureza. O novo material é tão forte quanto muitos plásticos comuns em uso hoje e pode substituir o plástico em muitos produtos domésticos comuns.

O material foi criado usando uma nova abordagem para reunir proteínas vegetais em materiais que imitam a seda em nível molecular. O método de eficiência energética, que utiliza ingredientes sustentáveis, resulta em um filme autônomo semelhante ao plástico, que pode ser feito em escala industrial. Uma cor ‘estrutural’ não desbotada pode ser adicionada ao polímero e também pode ser usada para fazer revestimentos resistentes à água.

O material é compostável doméstico, enquanto outros tipos de bioplásticos requerem instalações de compostagem industriais para se degradarem. Além disso, o material desenvolvido por Cambridge não requer modificações químicas em seus blocos de construção naturais, para que possa se degradar com segurança na maioria dos ambientes naturais.

Exemplo de aplicação do novo tipo de plástico

O novo produto será comercializado pela Xampla, uma empresa spin-out da Universidade de Cambridge que desenvolve substitutos para plásticos e microplásticos descartáveis. A empresa apresentará uma linha de sachês e cápsulas descartáveis ​​ainda este ano, que podem substituir o plástico usado em produtos de uso diário, como pastilhas para lava-louças e cápsulas de sabão em pó. Os resultados são relatados na revista Nature Communications .

Por muitos anos, o professor Tuomas Knowles, do Departamento de Química Yusuf Hamied de Cambridge, pesquisou o comportamento das proteínas. Grande parte de sua pesquisa tem se concentrado no que acontece quando as proteínas se dobram ou “se comportam mal”, e como isso se relaciona com a saúde e as doenças humanas, principalmente a doença de Alzheimer.

“Normalmente investigamos como as interações funcionais de proteínas nos permitem permanecer saudáveis ​​e como as interações irregulares estão implicadas na doença de Alzheimer”, disse Knowles, que liderou a pesquisa atual. “Foi uma surpresa descobrir que nossa pesquisa também poderia abordar um grande problema de sustentabilidade: o da poluição por plástico.”

Como parte de sua pesquisa de proteínas, Knowles e seu grupo ficaram interessados ​​em saber por que materiais como a seda da aranha são tão fortes quando têm ligações moleculares tão fracas. “Descobrimos que uma das principais características que dá força à seda da aranha é que as ligações de hidrogênio são organizadas regularmente no espaço e em uma densidade muito alta”, disse Knowles.

O coautor Dr. Marc Rodriguez Garcia, pesquisador de pós-doutorado no grupo de Knowles que agora é chefe de P&D da Xampla, começou a estudar como replicar essa automontagem regular em outras proteínas. As proteínas têm uma propensão para a auto-organização e auto-montagem molecular, e as proteínas vegetais, em particular, são abundantes e podem ser obtidas de forma sustentável como subprodutos da indústria alimentícia.

“Muito pouco se sabe sobre a automontagem de proteínas vegetais e é empolgante saber que, ao preencher essa lacuna de conhecimento, podemos encontrar alternativas para os plásticos de uso único “, disse o Ph.D. candidato Ayaka Kamada, o primeiro autor do artigo.

Os pesquisadores replicaram com sucesso as estruturas encontradas na seda da aranha usando proteína isolada de soja, uma proteína com uma composição completamente diferente. “Como todas as proteínas são feitas de cadeias polipeptídicas , sob as condições certas, podemos fazer com que as proteínas das plantas se automontem como a seda da aranha”, disse Knowles. “Em uma aranha, a proteína da seda é dissolvida em uma solução aquosa, que então se reúne em uma fibra extremamente forte por meio de um processo de fiação que requer muito pouca energia.”

“Outros pesquisadores têm trabalhado diretamente com materiais de seda como substitutos do plástico, mas eles ainda são um produto de origem animal”, disse Rodriguez Garcia. “De certa forma, criamos uma ‘seda de aranha vegana’ – criamos o mesmo material sem a aranha.”

Qualquer substituição de plástico requer outro polímero – os dois na natureza que existem em abundância são polissacarídeos e polipeptídeos. Celulose e nanocelulose são polissacarídeos e têm sido usados ​​para uma variedade de aplicações, mas geralmente requerem alguma forma de reticulação para formar materiais fortes. As proteínas se auto-montam e podem formar materiais fortes como a seda sem nenhuma modificação química, mas são muito mais difíceis de trabalhar.

Os pesquisadores usaram o isolado de proteína de soja (SPI) como sua proteína vegetal de teste, uma vez que está prontamente disponível como um subproduto da produção de óleo de soja. As proteínas vegetais, como o SPI, são pouco solúveis em água, tornando difícil o controle de sua automontagem em estruturas ordenadas.

Rodriguez Garcia: “De certa forma, criamos uma ‘seda de aranha vegana’ – criamos o mesmo material sem a aranha.”

A nova técnica utiliza uma mistura ecologicamente correta de ácido acético e água, combinada com ultrassom e altas temperaturas, para melhorar a solubilidade do SPI. Este método produz estruturas de proteínas com interações inter-moleculares aprimoradas guiadas pela formação de ligações de hidrogênio. Em uma segunda etapa, o solvente é removido, o que resulta em um filme insolúvel em água.

O material tem desempenho equivalente a plásticos de engenharia de alto desempenho, como polietileno de baixa densidade. Sua força reside no arranjo regular das cadeias polipeptídicas, o que significa que não há necessidade de reticulação química, que é frequentemente usada para melhorar o desempenho e a resistência dos filmes de biopolímero. Os agentes de reticulação mais comumente usados ​​não são sustentáveis ​​e podem até ser tóxicos, enquanto nenhum elemento tóxico é necessário para a técnica desenvolvida por Cambridge.

“Este é o culminar de algo em que trabalhamos há mais de dez anos, que é entender como a natureza gera materiais a partir das proteínas”, disse Knowles. “Não decidimos resolver um desafio de sustentabilidade – fomos motivados pela curiosidade de como criar materiais fortes a partir de interações fracas.”

“O principal avanço aqui é a capacidade de controlar a automontagem, para que agora possamos criar materiais de alto desempenho”, disse Rodriguez Garcia. “É empolgante fazer parte desta jornada. Há um enorme, enorme problema de poluição do plástico no mundo e estamos na sorte de poder fazer algo a respeito.”

Eudes

Especialista na Gestão Industrial e Liderança Produtiva no mercado de Embalagens flexíveis, Rótulos e Corrugados.

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