Загрязнение микропластиком является растущей экологической проблемой. Однако благодаря результатам нового исследования возможно нам удастся избавиться от большей его части. Как считают ученые, шелк может стать биоразлагаемой заменой микробусинкам и пластиковым частицам, которые обычно добавляют в косметику, краски и другую продукцию.

Фотографии сканирующего электронного микроскопа шелковых микрокапсул, содержащих витамин С, в разных масштабах и изготовленных с использованием различных производственных процессов. SEM images by Muchun Liu, edited by MIT News

Как показывают многочисленные исследования, на Земле практически не осталось мест, где бы не наблюдалось загрязнение микропластиком. Эти мельчайшие кусочки пластмассы были обнаружены в океанах, реках, сельскохозяйственных угодьях, во льдах и снегах от Арктики до Антарктики, от вершины Эвереста до самых глубоких морских впадин. Микропластик был найден в живых моллюсках, ракообразных, рыбах, черепахах, тюленях, птицах, мелких наземных млекопитающих, домашнем скоте и людях, и он все чаще ассоциируется с ухудшением здоровья. 

Основная масса подобных частичек образуется при разрушении более крупных полимерных предметов в условиях окружающей среды. Но, видимо, человеку этого недостаточно, и мы уже несколько десятилетий сами добавляем микропластик в различные продукты. Они присутствуют в стиральных порошках, косметике, зубной пасте, шампуне, красках и других химических веществах. Микрочастицы придают краскам привлекательный блеск, делают скрабы для лица более абразивными, а также помогают контролировать время высвобождения химических веществ, таких как гербициды

В настоящее время, по разным оценкам, такой первичный микропластик составляет от 10 до 15% от общего количества фрагментированной пластмассы в окружающей среде, поэтому новое исследование направлено именно на них.

"Невозможно решить всю проблему микропластика с помощью какого-то одного универсального решения", - считает Бенедетто Марелли, ведущий автор проекта. "Десять процентов от общего количества — это все равно очень много... Поэтому мы будем решать проблемы изменения климата и загрязнения окружающей среды постепенно, по одному проценту за раз".

В новом исследовании команда предлагает на удивление простую замену пластиковым бусинам - обычный шелк. Этот широко распространенный материал способен не только выполнять такие же функции, инкапсулируя химикаты, но и быстро и безопасно разлагаться, в случае необходимости. 

Для производства шелка текстильного качества необходимо кропотливо распутывать коконы тутового шелкопряда, но для изготовления микробисера их можно просто растворить в воде. Этот процесс очень простой, масштабируемый и может быть осуществлен с использованием существующей инфраструктуры. Более того, в этом процессе можно использовать низкосортный шелк, который в настоящее время в больших количествах выбрасывается в отходы. Полученное шелковое покрытие можно переработать таким образом, чтобы обеспечить ему различные свойства в зависимости от его предназначения, например, способность притягивать или отталкивать воду.

Команда протестировала шелковый материал в лаборатории, используя существующее оборудование для производства спреев. Ученые изготовили из шелка капсулы в которые добавили гербицид. Такие капсулы способны растворяться в воде и высвобождать химикаты с течением времени. При испытании этой технологии на кукурузе, гербицид в шелковых капсулах работал так же эффективно, как и существующие продукты. При этом значительно снизился ущерб урожаю (0,8%, по сравнению с 25% от обычного гербицида).

По мнению исследователей, шелковое покрытие может заменить первичный микропластик в большинстве областей применения, причем не только в химических веществах, таких как гербициды, но и в косметике или даже фармацевтике, поскольку шелк обладает способностью расщепляться в тканях нашего организма.

"Для того, чтобы обеспечить доступ к коммерческому использованию, крайне необходимо добиться инкапсуляции продуктов с высоким содержанием активных веществ", - считает Марелли. "Единственная возможность повлиять на ситуацию - не только заменить синтетический полимер на биоразлагаемый аналог, но и добиться таких же, если не лучших, характеристик".

Результаты данного эксперимента были представлены в издании Small.

Источники: MIT, journal Small.

1. (https://news.mit.edu/2022/silk-alternative-microplastics-0720)
2. (https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.202201487)