Массачусетский технологический институт представил биоразлагаемую альтернативу микропластиковым гранулам
Исследователи Массачусетского технологического института разработали экологически чистую альтернативу вредным микрогранулам, используемым в некоторых продуктах для здоровья и красоты.
Эти новые полимеры распадаются на безвредные сахара и аминокислоты, а также могут инкапсулировать питательные вещества для обогащения продуктов питания, что демонстрирует перспективность как в косметических, так и в пищевых целях.
Биоразлагаемые решения от Массачусетского технологического института
Микропластик — это крошечные пластиковые частицы, которые представляют серьезную угрозу окружающей среде и встречаются практически везде на Земле. Они образуются в результате распада повседневных предметов, таких как шины, одежда и пластиковая упаковка. Другим ключевым источником являются крошечные пластиковые шарики, которые обычно добавляют в моющие средства, косметику и другие косметические средства.
Чтобы справиться с этой растущей проблемой,
Важность решений, ориентированных на будущее
«Один из способов смягчить проблему микропластика — выяснить, как очистить существующее загрязнение. Но не менее важно смотреть вперед и сосредоточиться на создании материалов, которые изначально не будут генерировать микропластик», — говорит Ана Якленец, главный исследователь Института интегративных исследований рака им. Коха Массачусетского технологического института.
Эти частицы также могут найти другие применения. В новом исследовании Якленец и ее коллеги показали, что частицы могут быть использованы для инкапсуляции питательных веществ, таких как витамин А. Обогащение продуктов инкапсулированным витамином, А и другими питательными веществами может помочь некоторым из 2 миллиардов человек во всем мире, которые страдают от дефицита питательных веществ.
Якленец и Роберт Лангер, профессор Массачусетского технологического института и член Института Коха, являются старшими авторами статьи, опубликованной 6 декабря в Nature Chemical Engineering. Ведущим автором статьи является Линьцзысюань (Рода) Чжан, аспирант Массачусетского технологического института по специальности «химическая инженерия».
Проблемы исследований и разработок
В 2019 году Якленец, Лангер и другие сообщили о полимерном материале, который, как они показали, может использоваться для инкапсуляции витамина, А и других необходимых питательных веществ. Они также обнаружили, что у людей, которые потребляли хлеб из муки, обогащенной инкапсулированным железом, наблюдался повышенный уровень железа.
Однако с тех пор Европейский союз классифицировал этот полимер, известный как BMC, как микропластик и включил его в запрет, вступивший в силу в 2023 году. В результате Фонд Билла и Мелинды Гейтс, который финансировал первоначальное исследование, обратился к команде Массачусетского технологического института с просьбой разработать альтернативу, которая была бы более экологичной.
Инновационный дизайн материалов
Исследователи под руководством Чжана обратились к типу полимера, который ранее разработала лаборатория Лангера, известному как поли(
Изменяя состав строительных блоков материала, исследователи могут настраивать такие свойства, как гидрофобность (способность отталкивать воду), механическая прочность и чувствительность к pH. Создав пять различных
Защита и доставка питательных веществ
Исследователи показали, что они могут использовать эти частицы для инкапсуляции витамина, А, а также витамина D, витамина Е, витамина С, цинка и железа. Многие из этих питательных веществ подвержены деградации под воздействием тепла и света, но, как обнаружили исследователи, будучи заключенными в частицы, питательные вещества могут выдерживать воздействие кипящей воды в течение двух часов.
Они также показали, что даже после хранения в течение шести месяцев при высокой температуре и высокой влажности более половины инкапсулированных витаминов остались неповрежденными.
Потенциал обогащения продуктов питания
Чтобы продемонстрировать их потенциал для обогащения пищи, исследователи включили частицы в бульонные кубики, которые обычно употребляются во многих африканских странах. Они обнаружили, что при добавлении в бульон питательные вещества оставались нетронутыми после кипячения в течение двух часов.
«Бульон является основным продуктом питания в странах Африки к югу от Сахары и дает существенную возможность улучшить питание многих миллиардов людей в этих регионах», — говорит Якленец.
В этом исследовании ученые также проверили безопасность частиц, подвергая их воздействию культивируемых клеток кишечника человека и измеряя их воздействие на клетки. В дозах, которые будут использоваться для обогащения продуктов питания, они не обнаружили никакого повреждения клеток.
Безопасность и эффективность при очистке
Чтобы исследовать способность частиц заменять микрошарики, которые часто добавляются в очищающие средства, исследователи смешали частицы с мыльной пеной. Они обнаружили, что эта смесь может удалять перманентный маркер и водостойкую подводку для глаз с кожи гораздо эффективнее, чем просто мыло.
Мыло, смешанное с новым микропластиком, также оказалось более эффективным, чем моющее средство, в состав которого входят полиэтиленовые микрошарики, обнаружили исследователи. Они также обнаружили, что новые биоразлагаемые частицы лучше справлялись с поглощением потенциально токсичных элементов, таких как тяжелые металлы.
«Мы хотели использовать это в качестве первого шага, чтобы продемонстрировать, как можно разработать новый класс материалов, расширить существующие категории материалов, а затем применить его в различных областях», — говорит Чжан.
Текущие исследования и будущие направления
Получив грант от Estée Lauder, исследователи теперь работают над дальнейшим тестированием микрогранул в качестве очищающего средства и потенциально других приложений, и они планируют провести небольшое испытание на людях в конце этого года. Они также собирают данные по безопасности, которые могут быть использованы для подачи заявки на классификацию GRAS (обычно считается безопасным) от Управления по контролю за продуктами и лекарствами США, и планируют провести клиническое испытание продуктов, обогащенных частицами.
Исследователи надеются, что их работа поможет значительно сократить количество микропластика, выбрасываемого в окружающую среду из косметических и медицинских товаров.
«Это всего лишь малая часть более широкой проблемы микропластика, но как общество мы начинаем осознавать серьезность проблемы. Эта работа предлагает шаг вперед в ее решении», — говорит Якленец. «Полимеры невероятно полезны и необходимы в бесчисленных приложениях в нашей повседневной жизни, но у них есть и недостатки. Это пример того, как мы можем уменьшить некоторые из этих негативных аспектов».