Nový biologicky rozložitelný materiál nahradí některé mikroplasty

Mikroplasty představují environmentální hrozbu a nacházejí se téměř všude na Zemi. Uvolňují se rozkladem pneumatik, oděvů a plastových obalů. Dalším významným zdrojem mikroplastů jsou drobné kuličky přidávané do některých čisticích prostředků, kosmetiky a dalších produktů péče o krásu.

Ve snaze eliminovat část těchto mikroplastů přímo u zdroje vyvinuli výzkumníci z MIT novou skupinu biologicky rozložitelných materiálů, které by mohly nahradit plastové kuličky používané v kosmetice. Tyto polymery se rozkládají na neškodné cukry a aminokyseliny.

„Jedním ze způsobů, jak zmírnit problém mikroplastů, je zjistit, jak odstranit stávající znečištění. Stejně důležité je však zaměřit se na vytváření materiálů, které mikroplasty vůbec nevytvářejí,“ říká Ana Jaklenec, hlavní výzkumná pracovnice v MIT Koch Institute for Integrative Cancer Research.

Tyto částice by mohly najít i další uplatnění. V nové studii Jaklenec a její kolegové ukázali, že částice lze použít k zapouzdření živin, jako je vitamin A. Obohacování potravin zapouzdřeným vitaminem A a dalšími živinami by mohlo pomoci přibližně 2 miliardám lidí na světě, kteří trpí nedostatkem živin.

Jaklenec a Robert Langer, profesor MIT a člen Koch Institute, jsou hlavními autory studie, která vyšla v časopise Nature Chemical Engineering. Hlavní autorkou studie je Linzixuan (Rhoda) Zhang, postgraduální studentka chemického inženýrství na MIT.

Biologicky rozložitelné plasty

V roce 2019 Jaklenec, Langer a další publikovali studii o polymerním materiálu, který by se dal použít k zapouzdření vitaminu A a dalších esenciálních živin. Zjistili také, že lidé, kteří konzumovali chléb vyrobený z mouky obohacené zapouzdřeným železem, vykazovali zvýšené hladiny železa v krvi.

Nicméně od té doby Evropská unie klasifikovala tento polymer, známý jako BMC, jako mikroplast a zahrnula ho do zákazu, který vstoupil v platnost v roce 2023. V důsledku toho Nadace Billa a Melindy Gatesových, která financovala původní výzkum, požádala tým z MIT, aby navrhl ekologičtější alternativu.

Výzkumníci vedeni Zhang se obrátili k typu polymeru, který Langerův tým dříve vyvinul, známý jako poly(beta-amino estery). Tyto polymery, které se osvědčily jako nosiče pro dodávání genů a další lékařské aplikace, jsou biologicky rozložitelné a rozkládají se na cukry a aminokyseliny.

Změnou složení stavebních bloků materiálu mohou výzkumníci upravovat vlastnosti, jako je hydrofobicita (schopnost odpuzovat vodu), mechanická pevnost a citlivost na pH. Po vytvoření pěti různých kandidátních materiálů je tým z MIT otestoval a identifikoval ten, který se zdál mít optimální složení pro aplikace s mikroplasty, včetně schopnosti rozpustit se při vystavení kyselému prostředí, jako je žaludek.

Výzkumníci ukázali, že mohou tyto částice použít k zapouzdření vitaminu A, stejně jako vitaminu D, vitaminu E, vitaminu C, zinku a železa. Mnoho z těchto živin je náchylných k degradaci teplem a světlem, ale když jsou uzavřeny v částicích, výzkumníci zjistili, že živiny odolávají expozici vroucí vodě po dobu dvou hodin.

Ukázali také, že i po šestiměsíčním skladování při vysoké teplotě a vysoké vlhkosti zůstalo více než polovina zapouzdřených vitaminů nepoškozena.

Aby prokázali jejich potenciál pro obohacování potravin, výzkumníci začlenili částice do bujónových kostek, které se běžně konzumují v mnoha afrických zemích. Zjistili, že když byly začleněny do bujónu, živiny zůstaly neporušené i po dvouhodinovém vaření.

„Bujón je základní složkou v subsaharské Africe a nabízí významnou příležitost ke zlepšení výživového stavu mnoha miliard lidí v těchto regionech,“ říká Jaklenec.

V této studii výzkumníci také testovali bezpečnost částic jejich vystavením kultivovaným buňkám lidského střeva a měřením jejich účinků na buňky. Při dávkách, které by se používaly k obohacování potravin, nezjistili žádné poškození buněk.

Lepší čištění

Aby prozkoumali schopnost částic nahradit mikrokoule, které se často přidávají do čisticích prostředků, výzkumníci smíchali částice s mýdlovou pěnou. Tato směs, jak zjistili, dokázala odstranit permanentní značku a vodotěsnou oční linku z kůže mnohem účinněji než mýdlo samotné.

Mýdlo smíchané s novým mikroplastem bylo také účinnější než čisticí prostředek obsahující mikrokoule z polyethylenu, zjistili výzkumníci. Zjistili také, že nové biologicky rozložitelné částice lépe absorbovaly potenciálně toxické prvky, jako jsou těžké kovy.

„Chtěli jsme to použít jako první krok k prokázání, jak je možné vyvinout novou třídu materiálů, rozšířit se z existujících kategorií materiálů a poté je aplikovat na různé aplikace,“ říká Zhang.

S grantem od Estée Lauder nyní výzkumníci pracují na dalším testování mikrokoulí jako čisticího prostředku a potenciálně dalších aplikací a plánují provést malou lidskou studii ještě letos. Také shromažďují bezpečnostní data, která by se mohla použít k žádosti o klasifikaci GRAS (obecně považováno za bezpečné) od amerického Úřadu pro kontrolu potravin a léčiv (FDA) a plánují klinické zkoušky potravin obohacených o tyto částice.

Výzkumníci doufají, že jejich práce by mohla pomoci výrazně snížit množství mikroplastů uvolňovaných do životního prostředí z produktů péče o krásu a zdraví.

„Toto je pouze malá část širšího problému mikroplastů, ale jako společnost začínáme uznávat vážnost problému. Tato práce nabízí krok vpřed při jeho řešení,“ říká Jaklenec. „Polymery jsou neuvěřitelně užitečné a nezbytné v nesčetných aplikacích v našem každodenním životě, ale mají i nevýhody. Toto je příklad toho, jak můžeme některé z těchto negativních aspektů snížit.“

Výzkum byl financován nadací Gates Foundation a americkým Národním vědeckým fondem.