Як вчені зробили біопластик майбутнього

Південнокорейські науковці здійснили прорив у галузі біопластиків, сконструювавши принципово нові метаболічні шляхи всередині мікроорганізмів, що дозволило перетворювати відходи деревини та бур’яни на високоякісний полімерний матеріал із властивостями, подібними до нейлону та ПЕТ.

Дослідницька команда під керівництвом професора Санг Юп Лі з Корейського інституту передової науки і технології (KAIST) розробила інноваційний підхід до створення екологічних пластиків. Ключовою інновацією стало конструювання метаболічних шляхів, які не існують у природі. Вчені створили платформний мікробний штам, здатний синтезувати дев’ять різних полі(естер амідів), включаючи такі сполуки як полі(3-гідроксибутират-ран-3-амінопропіонат) і полі(3-гідроксибутират-ран-4-амінобутират).

Результати дослідження опубліковані в престижному науковому журналі Nature Chemical Biology. Створений біоматеріал поєднує міцність нейлону з універсальністю поліетилентерефталату (ПЕТ), що робить його перспективною заміною традиційним пластикам на нафтовій основі.

У співпраці з науковцями з Корейського науково-дослідного інституту хімічної технології (KRICT) команда KAIST ретельно дослідила властивості отриманого біопластику. Результати аналізу показали, що новий матеріал має характеристики, подібні до поліетилену високої щільності (HDPE).

Екологічно чистий процес виробництва

Процес виробництва біопластику базується на використанні відновлюваної сировини. Дослідники отримували глюкозу з відходів деревини та бур’янів – біомаси, яка зазвичай не має промислового застосування. Це забезпечує подвійну екологічну користь: утилізацію відходів та зменшення залежності від нафтової сировини.

Команда продемонструвала потенціал промислового масштабування технології. Під час ферментації сконструйованого штаму в режимі періодичної подачі вдалося досягти високої ефективності виробництва – 54,57 грама на літр. Такий показник свідчить про комерційну перспективність розробленого методу.

Професор Лі підкреслює значення цієї технології: “Наше дослідження вперше продемонструвало можливість виробництва полі(естерних амідів) за допомогою відновлюваного біологічного хімічного процесу, а не покладаючись на хімічну промисловість на основі нафти”. Дослідники планують продовжувати роботу над підвищенням продуктивності та ефективності виробництва.

Науковці Хаемін Чонг та Джіхун Шин з KRICT відіграли ключову роль в аналізі властивостей біопластику. Їхні дослідження підтвердили, що новий матеріал не лише екологічно чистий, але й достатньо міцний та довговічний для заміни звичайних пластмас.

Ширші перспективи біотехнологічних інновацій

Ця розробка продовжує серію успішних інновацій KAIST у галузі сталого виробництва матеріалів. Розроблені інженерні штами та стратегії можуть використовуватися не лише для виробництва полі(естер амідів), але й для створення інших типів біополімерів.

Минулого року дослідники інституту вже розробили біорозкладний пластик на основі мікробів, який може замінити звичайні пляшки з ПЕТ. У тому проєкті вони використовували метаболічну інженерію бактерії Corynebacterium glutamicum для збільшення виробництва протокатехової кислоти, ключового прекурсору ПЕТ.

Обидва дослідження мають спільну мету – зменшення залежності хімічної промисловості від нафтохімічних матеріалів. Вони демонструють потенціал використання мікроорганізмів для виробництва мономерів і полімерів, що традиційно отримують з нафтової сировини.

Перевага підходу, запропонованого професором Лі та його командою, полягає в суттєвому зменшенні впливу на навколишнє середовище порівняно з традиційними нафтохімічними процесами. Крім екологічних переваг, біосинтез полімерів відкриває можливості для створення нових матеріалів із унікальними властивостями, недоступними при традиційному хімічному синтезі.

Розробка KAIST становить важливий крок до циркулярної економіки, де відходи одного виробництва стають сировиною для іншого. Використання бур’янів та деревних відходів як сировини для виробництва цінних матеріалів відповідає принципам сталого розвитку та ефективного використання ресурсів.