ДНК преобразована в пластик, открывая новую эру зеленых материалов

ДНК превращена в пластик, открывая новую эру экологически чистых материалов

Поскольку глобальный спрос на экологичные материалы растет, исследования по преобразованию ДНК в пластик с помощью биотехнологий привлекают значительное внимание. Исследовательская группа под руководством биолога Дэна Луо из Корнеллского университета добилась революционного прогресса в этой области.

Потенциал ДНК как пластикового сырья

ДНК и пластик принципиально схожи: оба состоят из углеродно-водородных полимерных цепей. Включив другие вещества в цепи ДНК, можно изменить их механические свойства, чтобы они функционировали как пластик. В отличие от синтетических полимеров, ДНК представляет собой полимер природного происхождения, который легко расщепляется ферментами, присутствующими практически во всех живых организмах. Это устраняет опасения по поводу неразлагаемых отходов. Более того, ДНК может быть получена из различных организмов, что делает ее практически неисчерпаемым сырьем для производства пластика.

Процесс преобразования ДНК в пластик

Команда начинает с извлечения ДНК из морских микробов, водорослей и микробных остатков пивоваренных и фармацевтических заводов. Спиральные цепи ДНК затем раскручиваются в одиночные нити, что позволяет добавлять другие вещества для изменения их свойств. Исследовательская группа в Китае обнаружила небольшую молекулу сшивающего агента, которая может реагировать с ДНК при комнатной температуре, сшивая отдельные цепи ДНК в гелеобразное вещество. Регулируя условия реакции, они получали гели ДНК с различными механическими свойствами: от мягких и гибких до твердых и жестких, и применяли их в электроизоляции и производстве пластиковых игрушек.

Очевидные преимущества пластиков на основе ДНК

ДНК-пластик, как инновационный материал, демонстрирует ряд существенных преимуществ, подчеркивающих его огромный потенциал в будущем материаловедения.

Биосовместимость: ДНК-пластик демонстрирует превосходную биосовместимость, поскольку ДНК является естественной молекулой в организмах. Это приводит к низкой токсичности и иммуногенности, что делает ДНК-пластик идеальным для биомедицинских применений, таких как имплантаты и средства доставки лекарств.

Биоразлагаемость:ДНК-пластик легко разлагается и может быть расщеплен на безвредные вещества ферментами или микроорганизмами при определенных условиях. Это решает серьезную проблему загрязнения окружающей среды, связанную с традиционными пластиками, которые трудно разлагаются.

Настройка: ДНК-пластик предлагает широкие возможности индивидуальной настройки за счет точного проектирования последовательности оснований ДНК. Это позволяет точно настраивать физические, химические и биологические свойства пластика, позволяя создавать материалы с определенной прочностью, гибкостью, электропроводностью и оптическими свойствами для удовлетворения разнообразных и индивидуальных потребностей применения.

Устойчивое использование ресурсов: ДНК можно извлечь из биологических отходов или произвести в больших масштабах с помощью биотехнологий, что снижает зависимость от невозобновляемых ресурсов и способствует развитию экономики замкнутого цикла. Процесс производства ДНК-пластика также более энергоэффективен и выделяет меньше загрязняющих веществ, что соответствует целям устойчивого развития.

Стабильность производительности: Уникальная молекулярная структура ДНК-пластика наделяет его хорошей термической и химической стабильностью, сохраняя свои свойства в широком диапазоне температур и химических сред. Это делает ДНК-пластик подходящим для экстремальных условий, таких как аэрокосмическая и глубоководная разведка.

Технологичность: ДНК-пластик можно формовать с использованием различных традиционных методов обработки пластмасс, таких как литье под давлением и экструзионное формование, что облегчает массовое производство и создание сложных форм. Кроме того, ДНК-пластик вызывает меньший износ технологического оборудования, что снижает производственные затраты и затраты на техническое обслуживание.

Оптические свойства: Регулируя структуру и состав молекул ДНК, можно добиться точного контроля над поглощением, излучением и передачей света. Это позволяет создавать материалы с превосходными оптическими характеристиками, которые потенциально могут применяться в оптоэлектронных устройствах и биологических изображениях.

Рыночный потенциал ДНК-пластика

В настоящее время объем рынка ДНК-пластика относительно невелик, но потенциал его роста огромен. Поскольку спрос на устойчивые и экологически чистые материалы растет, а также с развитием соответствующих технологий, ожидается, что рынок ДНК-пластика будет расширяться. Например, новый тип ДНК-биопластика, разработанный командой профессора Янга Дайонга из Тяньцзиньского университета, демонстрирует потенциал для замены пластиков на основе нефти в определенных областях применения.

Несмотря на то, что технология ДНК-пластика находится на стадии разработки и сталкивается с такими проблемами, как стоимость, масштабируемость и признание рынка, она призвана сыграть решающую роль в будущем экологически чистых материалов. 

Ожидается, что благодаря постоянным исследованиям и технологическим достижениям синтетический ДНК-пластик станет основным продуктом в пластиковой промышленности, способствуя созданию более зеленого и устойчивого будущего для нашей планеты.