Ein Forscherteam der Eidgenössischen Polytechnischen Schule Lausanne (EPFL) wollte zeigen, dass es möglich ist, Seide in ein Protein für die biomedizinische Technologie umzuwandeln, um das Potenzial von Polymeren mit definierter Sequenz als Antwort auf die Herausforderungen des Kreislaufs zu demonstrieren Wirtschaft. Sie sind von der Natur und insbesondere von Protein inspiriert, um einen neuen Ansatz für das Kunststoffrecycling zu bieten.
Das derzeitige Paradigma in Bezug auf das Recycling führt im Allgemeinen zu der Annahme, dass ein recyceltes Material die gleiche Beschaffenheit und die gleichen Eigenschaften wie das Originalmaterial aufweisen muss.
Das Leben zeigt uns jedoch jeden Tag, dass wir falsch liegen. Nehmen wir das Beispiel Protein. Diese Moleküle gehören wie die DNA zur Polymerfamilie. Tatsächlich bestehen diese sehr langen Ketten aus verschiedenen Monomeren, den Aminosäuren. Jede Kombination von Aminosäuren bildet eine Sequenz, die dem Molekül spezifische Eigenschaften verleiht.
Was passiert, wenn diese Proteine zerfallen? Die darin enthaltenen Aminosäuren können frei rekombinieren, um neue Proteine mit unterschiedlichen Funktionen zu bilden.
Von Proteinen inspirierte Materialien entwerfen und recyceln: ein möglicher Weg?
Lebende Organismen ernähren sich täglich von Mischungen aus Proteinen und „recyceln“ sie, um den Bedarf ihrer eigenen Zellen zu decken.
Wenn wir dasselbe mit synthetischen Polymeren machen könnten, könnten wir viele der Probleme beim Recycling von Kunststoffen lösen und einen endlosen Recyclingkreislauf schaffen.
Daher interessieren sich Forschende der EPFL für diesen Mechanismus der Proteindepolymerisation / ribosomalen Synthese. In einem Artikel im Magazin Advanced Materials veröffentlicht, erklären, das Konzept von NaCRe (Nature Inspired Circular Economy Recycling) entwickelt zu haben, ein Ansatz, der an folgendem Beispiel illustriert werden kann:
- 3 kurze Peptide werden verwendet, um grün fluoreszierende Proteine (GFP) herzustellen;
- GFP-Proteine fügen sich mit anderen Proteinen zusammen, um rot fluoreszierende Proteine (mScarlet-i) zu bilden;
- Die mScarlet-i-Proteine werden dann für andere Anwendungen recycelt.
Daher wurde dieses ziemlich allgemeine Konzept angewendet, um Seidenfibroin in ein Protein umzuwandeln, das im biomedizinischen Bereich verwendet wird. Dies ermöglichte es ihnen insbesondere, die Machbarkeit des Recyclings von Polymerstrukturen mit hohem Molekulargewicht zu demonstrieren.
Ein Konzept, das noch in den Kinderschuhen steckt
In einem Pressemitteilung, sagt Francesco Stellacci, Direktor des Labors für Nanomaterialien und supramolekulare Grenzflächen (SUNMIL) an der EPFL, dass er sich bewusst ist, dass die Entwicklung solcher Technologien nur langfristig möglich sein wird. „Dies erfordert einen echten Sinneswandel“.
Darüber hinaus gibt es noch keine Technologie, die in der Lage ist, verschiedene Monomere zusammenzusetzen und ihre Reihenfolge zu kontrollieren, um ein kundenspezifisches Polymer zu erhalten.
Bislang ist es den EPFL-Forschern gelungen zu zeigen, dass es möglich ist, proteinbasierte Materialien in einer kontrollierten Umgebung außerhalb von lebenden Organismen zu recyceln. Mit dieser Arbeit hoffen sie, die erstaunliche Fähigkeit von Polymeren mit definierter Sequenz, nach den Prinzipien der Kreislaufwirtschaft recycelt zu werden, hervorzuheben.
„Kann mit Boxhandschuhen nicht tippen. Speckfan. Entdecker. Möchtegern-Bierkenner. Preisgekrönter Alkoholspezialist. Webjunkie.“