یک پیشرفت هیجان انگیز از همکاری محققان ممکن است مشکل رو به رشد میکروپلاستیک ها در محیط را حل کند. میکروپلاستیک ها، ذرات میکروسکوپی پلاستیک موجود در هوا، آب و خاک، یک مشکل آلودگی شدید هستند. آنها امروزه در جریان خون حیوانات و مردم در سراسر جهان شناسایی شدند. پس جایگزینی میکروپلاستیک ها در آینده، امری ضروری به نظر می رسد.
به گفته آژانس مواد شیمیایی اروپا، در برخی شرایط، برخی از میکروپلاستیکها عمداً در مواد شیمیایی کشاورزی، رنگها، لوازم آرایشی و بهداشتی و شویندهها وارد میشوند. برای این منظور، اتحادیه اروپا (EU) فرمان حذف میکروپلاستیک های تجزیه ناپذیر تا سال ۲۰۲۵ را صادر کرده است. بنابراین جستجو برای جایگزینهای مناسب ادامه دارد.
پس از سال ها تحقیق، محققان موسسه فناوری ماساچوست (MIT) و دانشمندان دیگر، دستگاهی بر پایه ابریشم ابداع کرده اند که می تواند ارزان و آسان باشد. این رویکرد جدید در مطالعهای منتشر شد.
چرا میکروپلاستیک به محصولات اضافه می شود؟
میکروپلاستیک های مورد استفاده در اقلام صنعتی از مواد شیمیایی فعال در برابر هوا و رطوبت تا زمان نیاز محافظت می کنند. آنها به مرور زمان جزء فعال را به آرامی آزاد می کنند تا عوارض جانبی را به حداقل برسانند. آفت کش ها و علف کش ها نیز در میکروکپسول ها قرار دارند. امروزه در میکروکپسولاسیون از پلیمرهای با دوام استفاده می شود.
تاکنون هیچ جایگزین زیست تخریب پذیر قابل دوام و مقرون به صرفه ای ایجاد نشده است. بسیاری از بار میکروپلاستیک های محیطی از فرسودگی بطری و ظروف و فرسودگی تایر ناشی می شود. مارلی گفت که هر منبع ممکن است به روش خود برای کاهش انتشار نیاز داشته باشد.
آژانس شیمی اروپا تخمین می زند که میکروپلاستیک هایی که به طور هدفمند اضافه شده اند ۱۰ تا ۱۵ درصد از مقدار کلی در محیط را تشکیل می دهند. با این حال، ممکن است با استفاده از این جایگزین زیست تخریبپذیر، حذف این منبع آسانتر باشد.
مارلی توضیح داد: “ما نمیتوانیم کل مشکل میکروپلاستیکها را با یک راه حل مناسب برای همه آنها حل کنیم. ده درصد از یک عدد بزرگ هنوز یک عدد بزرگ است. تغییرات آب و هوا و آلودگی جهان را هر بار یک درصد حل خواهیم کرد.”
ابریشم ممکن است برای جایگزینی میکروپلاستیک ها مناسب باشد
به گفته لیو، پروتئین ابریشم مورد استفاده در ماده جایگزین جدید به آسانی در دسترس و ارزانتر است. برای این استفاده، می توان از پیله های غیر با کیفیت نساجی استفاده کرد و الیاف ابریشم را می توان با استفاده از تکنیک مقیاس پذیر مبتنی بر آب حل کرد. این تکنیک ساده و قابل تنظیم است. مواد تولید شده ممکن است با تجهیزات تولید فعلی تطبیق داده شود و با استفاده از کارخانههای موجود، راهحلی را ارائه دهد.
ابریشم بی ضرر است و به طور طبیعی در بدن تجزیه می شود. به همین دلیل برای مصارف غذایی یا پزشکی مناسب اشت. محققان نشان دادند که مواد پوششی مبتنی بر ابریشم را می توان در ماشین آلات تولیدی مبتنی بر اسپری برای تولید یک محصول علف کش میکرو کپسوله شده محلول در آب استفاده کرد. این ازمایش بر روی ذرت در آزمایشگاه انجام شد. لیو معتقد است که بهتر از یک درمان تجاری کار می کند و باعث آسیب کمتر گیاه می شود.
سایر محققان مواد کپسولهشونده تجزیهپذیر را پیشنهاد کردهاند که ممکن است در آزمایشگاه کار کنند. اما مارلی فکر میکند که برای کاربردهای تجاری به مواد فعال با حجم بالا نیاز است. تنها راه تأثیرگذاری، جایگزینی یک پلیمر مصنوعی با یک پلیمر زیست تخریب پذیر در عین حفظ یا بهبود عملکرد است.
لیو می گوید که قابلیت تنظیم ابریشم آن را با تجهیزات موجود سازگار می کند. با تغییر آرایش زنجیره پلیمری مواد ابریشم و افزودن یک سورفکتانت، ویژگی های پوشش را می توان به خوبی تنظیم کرد. این ماده حتی اگر در آب تولید و پردازش شود، میتواند آبگریز (دفع آب) یا آبدوست (جذب آب) یا هر جای دیگری باشد. می توان آن را به گونه ای ساخت که با کیفیت موادی که جایگزینشان می شود، مطابقت داشته باشد.
راه حل
لیو مجبور شد مکانیزمی برای منجمد کردن قطرات در حال رشد مواد محصور شده طراحی کند. این کار برای بررسی ایجاد آنها بود. او از فناوری انجماد اسپری برای بررسی کپسولاسیون و مدیریت بهتر آن استفاده کرد. برخی از عناصر محصور شده مانند حشرهکشها، مواد مغذی یا آنزیمها محلول در آب هستند و برهمکنش متفاوتی با پوشش دارند.
لیو می گوید: “برای محصور کردن مواد مختلف، باید نحوه تعامل زنجیرههای پلیمری و سازگاری آنها با مواد فعال مختلف در حالت تعلیق را مطالعه کنیم.”
در یک راه حل، محموله و پوشش اسپری می شوند. با رشد قطرات، محموله در یک پوسته پوشش داده شده، خواه پلاستیک مصنوعی یا ابریشم باشد، محصور می شود. لیو ادعا میکند که فرآیند جدید میتواند از ابریشم از قبل استفاده شده و یا ابریشم کم عیار استفاده کند. این ابریشم ها معمولاً هدر میرود، زیرا هیچ کاربردی ندارد.
مارلی اضافه می کند که چین ۹۰ درصد ابریشم جهان را تولید می کند زیرا نخ های ابریشم با کیفیتی دارد. او میگوید از آنجایی که این رویکرد از ابریشم حجیم استفاده میکند و به آن درجه نیاز ندارد، تولید به سادگی میتواند در مناطق دیگر جهان افزایش یابد تا تقاضای محلی برآورده شود. این مطالعه ظریف و هوشمندانه جایگزینی مبتنی بر ابریشم پایدار و زیست تخریب پذیر برای محصورکننده های میکروپلاستیک را توصیف می کند که یک چالش زیست محیطی ضروری است.
ماژولار بودن مواد توصیفشده و مقیاسپذیری فرآیندهای تولید، مزایای کلیدی هستند که برای ترجمه به برنامههای کاربردی دنیای واقعی به خوبی نشان داده میشوند. این فرآیند نماینده یک پیشرفت بالقوه بسیار مهم در تحویل مواد فعال برای طیف وسیعی از صنایع، به ویژه کشاورزی است.
با توجه به چالشهای فعلی و آتی مربوط به ناامنی غذایی، تولید محصولات کشاورزی و تغییر آب و هوا، استراتژیهای جدیدی مانند این بسیار مورد نیاز است.