Subskrybuj nas na Youtube
Zastanówmy się nad odpadami, jakie wytwarza przeciętne gospodarstwo domowe. Jeśli zajrzymy do kosza na śmieci w naszym domu, to większa część kubła będzie zajęta przez plastikowe opakowania. Choć tanie w produkcji, to obciążają środowisko: proces ich rozkładu trwa setki lat, a podczas palenia wytwarzają toksyczne substancje.
Te wady sprawiają, że naukowcy od dawna zastanawiają się nad zastąpieniem plastików używanych do produkcji opakowań innym tworzywem, które będzie przyjazne środowisku. W tym momencie na scenę wchodzą cukry złożone, tj. celuloza, skrobia i chitozan. Dlaczego one? – Ponieważ tak jak plastiki składają się z długich łańcuchów, które można modyfikować poprzez dodawanie do nich innych substancji – tłumaczy dr inż. Magdalena Zdanowicz z Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego.
W trakcie prac nad takimi właśnie domieszkami badaczka z Pomorza Zachodniego zauważyła, że jedna z testowanych przez nią kombinacji ma ciekawą właściwość: po osuszeniu staje się materiałem o konsystencji naleśnika, który ma chropowatą powierzchnię – ale chropowatość ta do złudzenia przypomina lekko suchą, ludzką skórę.
– Oczywiście nie chodzi o materiał, który będzie nadawał się do przeszczepów. Myślimy raczej o węższym zastosowaniu: do testowania klejów używanych w produktach, które nalepia się na skórę, takich jak wszelkiej maści plastry, czy to nikotynowe, czy też opatrunkowe, czy wreszcie służące do doskórnego podawania leków – mówi dr Zdanowicz. Dodaje, że w przypadku tych ostatnich wynalazek mógłby potencjalnie posłużyć również do badania prędkości, z jaką plaster stopniowo uwalnia lek.
Zastosowanie może wydawać się niszowe, niemniej jednak trzymanie się plastra na skórze to problem, z którym musiał mierzyć się już wynalazca pierwszych tego typu rozwiązań – Paul Beiersdorf (tak, od tego niemieckiego koncernu) pod koniec XIX w. Farmaceuta z Hamburga musiał testować swoje rozwiązania na żywych organizmach, czego już się na szczęście nie robi. Zamiast tego stosuje się imitacje skóry wytwarzane albo z silikonów lub poliuretanów, albo z komórek namnażanych na kolagenowych rusztowaniach. Te rozwiązania są jednak drogie. Materiał na bazie celulozy natomiast jest tani, a do tego biodegradowalny.
– Sama metoda otrzymywania jest bardzo prosta: wystarczy mieszadło, naczynie i forma – mówi dr Zdanowicz. I oczywiście składniki: zmodyfikowana celuloza, kwas tłuszczowy, gliceryna oraz środek sieciujący – wszystkie pochodzenia naturalnego. Naukowcy pracują na zmodyfikowanej celulozie – tzw. karboksymetylocelulozie – bo ta w przeciwieństwie do oryginału rozpuszcza się w wodzie, a więc jest łatwiejsza w obróbce. Kwas tłuszczowy odpowiada za efekt chropowatości, a gliceryna zapewni finałowemu produktowi elastyczność, zaś środek sieciujący odpowiada za to, że łańcuchy celulozowe zaczną tworzyć mocniejszą strukturę. Do tego oczywiście potrzebny jest odpowiedni proces wytwarzania, w tym temperatura.
– Chemia to metoda prób i błędów: sprawdzamy różne dodatki i to, w jaki sposób wpływają na zmienne materiału. Przy części z nich nic nie wyjdzie. Przy innej – coś wyjdzie, ale będzie miało efekty pożądane z punktu widzenia innego zastosowania. Wreszcie będzie też taka część, która zapewni nam upragniony efekt – tłumaczy mgr inż. Adrian Antosik z ZUT, który współpracował przy badaniach nad wynalazkiem.
W przypadku badań, które doprowadziły do powstania celulozowej skóry, naukowcy chcieli sprawdzić, jak zmodyfikowana celuloza zachowa się po dodaniu substancji hydrofobowych, czyli takich, które „nie lubią” wody i się w niej nie rozpuszczają (klasyczny przykład, który zna każdy z nas: olej w szklance wody utworzy osobną warstwę).
– Karboksymetyloceluloza ma pożądaną przez nas właściwość, a mianowicie ma świetne właściwości emulgujące. To oznacza, że jest w stanie pogodzić ze sobą związki z dwóch skrajnych biegunów: lubiące wodę, czyli hydrofilowe, oraz nielubiące wody, czyli hydrofobowe. Dzięki temu możemy wprowadzić substancje tłuszczowe bez efektu rozwarstwienia, jaki widzimy po zmieszaniu np. oleju z wodą – tłumaczą autorzy wynalazku. Na marginesie można dodać, że emulgatory stosuje się również w przemyśle spożywczym lub kosmetycznym po to, żeby wymusić na produktach odpowiednią konsystencję.
Jak się okazało, po dodaniu pewnych kwasów tłuszczowych – np. pochodzących z oleju kokosowego – a następnie odparowaniu wody, zmodyfikowana celuloza tworzy materiał do złudzenia przypominający lekko suchą skórę.
Powyższy przykład pokazuje, jak wiele możliwości kryje się jeszcze w łączeniu relatywnie prostych substancji, o których uczyliśmy się jeszcze w szkole. Dla wszystkich jednak, którzy marzą o bardziej przyjaznej środowisku gospodarce, na razie mamy jednak złą wiadomość: nawet jeśli z cukrów złożonych udaje się otrzymać wiele ciekawych substancji, to pod względem wytrzymałości i odporności na działanie wody jako alternatywy dla foliówek jest im jeszcze daleko do tworzyw ropopochodnych. Pozostaje trzymać kciuki, by naukowcom udało się niedługo sprawić, że będą jeszcze lepsze.
Eureka! DGP
Trwa piąta edycja konkursu „Eureka! DGP – odkrywamy polskie wynalazki”, do którego zaprosiliśmy polskie uczelnie, instytuty badawcze i jednostki naukowe PAN. Do 15 czerwca w Magazynie DGP będziemy opisywać wynalazki nominowane przez naszą redakcję do nagrody głównej, wybrane spośród 78 nadesłanych przez uczelnie i instytuty.
Rozstrzygnięcie konkursu nastąpi pod koniec czerwca. Nagrodą jest 30 tys. zł dla zespołu, który pracował nad zwycięskim wynalazkiem, ufundowane przez Mecenasa Polskiej Nauki – firmę Polpharma, oraz kampania promocyjna dla uczelni lub instytutu o wartości 50 tys. zł w mediach INFOR Biznes (wydawcy Dziennika Gazety Prawnej) ufundowana przez organizatora.