Japonya’daki RIKEN Center for Emergent Matter Science (CEMS) bünyesinde Takuzo Aida liderliğindeki araştırmacılar, mikroplastik sorununu çözme yolunda kendilerini aşan bir başarıya imza attı. Amerikan Kimya Derneği Dergisi’nde (Journal of the American Chemical Society) yayımlanan güncel çalışmada dünyanın en yaygın organik bileşiği olan bitki selülozundan elde edilen yeni bir plastik türü duyuruldu. Söz konusu plastik, dayanıklılığı, esnekliği ve doğal ortamlarda hızla parçalanabilme yeteneğiyle biyobozunur olarak pazarlanan diğer materyallerden ayrılıyor.
Mikroplastikler, topraktan okyanusa, orada yaşayan hayvanlardan bitkilere kadar neredeyse her ekosistemde bulunan küresel bir kirletici haline geldi. Hatta insan dokusunda ve kan dolaşımında dahi saptanan anılan maddelerin, sağlık üzerinde olumsuz etkiler yaratması muhtemel görünüyor. Biyobozunur plastikler ve hatta selüloz türevi bazı ürünler (selüloz nitrat veya selüloz asetat) yeni olmasa da, “biyobozunur” etiketi taşıyan çoğu plastik deniz ortamında çözünmüyor veya çözünmesi çok uzun sürerek geride mikroplastik bırakıyor.
Geçen yıl Aida ve ekibi, tuzlu suda birkaç saat içinde geride hiçbir mikroplastik bırakmadan hızla çözünebilen bir plastik geliştirmişti. “Tuz köprüleri” adı verilen tersine çevrilebilir etkileşimlerle bir arada tutulan iki polimerden oluşan supramoleküler bir yapıya sahip olan ilgili madde, gerçek dünya üretimi için yeterince pratik bulunmamıştı.
Yeni bitki bazlı plastik ise polimerlerinden birinin FDA onaylı ve ticari olarak erişilebilen, odun hamuru türevi karboksimetil selüloz olmasıyla benzerlik gösteriyor. Uygun bir ikinci polimer bulmak deneme yanılma süreci gerektirse de, ekip sonunda pozitif yüklü polietilen-imin guanidinyum iyonlarından yapılmış güvenli bir çapraz bağlayıcı madde buldu. Selüloz ve guanidinyum iyonları oda sıcaklığındaki suda karıştırıldığında, negatif ve pozitif yüklü moleküller mıknatıs gibi birbirini çekerek yapıyı güçlendiren kritik çapraz bağlı ağı oluşturdu. Aynı zamanda ağı bir arada tutan tuz köprüleri, beklendiği gibi tuzlu su varlığında parçalandı. İstenmeyen çözünmeleri önlemek amacıyla, plastiğin yüzeyi ince bir kaplama ile korunabiliyor.
Başlangıçta selüloz nedeniyle fazla kırılgan olan ve cam benzeri bir sertliğe sahip renksiz şeffaf plastik, doğru plastikleştiricinin bulunmasıyla esneklik kazandı. Deneyler sonucunda, organik bir tuz olan kolin klorürün mucizeler yarattığı keşfedildi. FDA onaylı bir gıda katkı maddesi olan ilgili bileşenin miktarını değiştiren araştırmacılar, plastiğin esnekliğini hassas bir şekilde ayarlamayı başardı. Kolin klorür miktarına bağlı olarak plastik, cam gibi sert olabildiği gibi, orijinal uzunluğunun %130’una kadar gerilebilen elastik bir yapıya da bürünebiliyor. Hatta 0,07 mm kalınlığında güçlü ve ince filmler haline getirilebilen bahsi geçen maddeden yapılan bir çantanın, su içinde yok olma süreci kaydedildi.
Orijinal tasarım üzerindeki iyileştirmeler sembolik olmanın çok ötesine geçti. Takuzo Aida, gelişmeleri şu sözlerle açıkladı: “İlk çalışmamız çoğunlukla kavramsal olana odaklansa da, buçalışma çalışmalarımızın artık daha pratik bir aşamada olduğunu gösteriyor.” CMCSP olarak adlandırılan yeni karboksimetil selüloz supramoleküler plastik, geleneksel petrol bazlı plastikler kadar güçlü özellikler sergiliyor. Şeffaflık, işlenebilirlik, deniz suyunda çözünebilirlik veya kapalı döngü geri dönüştürülebilirlik niteliklerinden ödün vermeden mekanik yapısı ihtiyaca göre ayarlanabiliyor. Yaygın ve ucuz FDA onaylı bileşenlerin kullanımı sayesinde araştırmacılar, plastiğin gerçek dünyadaki pratik uygulamalara hızla geçmesini sağladı.
Aida, sözlerini şöyle noktalamadı: “Doğa her yıl yaklaşık bir trilyon ton selüloz üretiyor. Bahsi geçen bol doğal maddeden yola çıkarak, okyanusta güvenli bir şekilde bozunan, esnek ve dayanıklı bir plastik malzeme yarattık. Buteknoloji, Dünya’yı plastik kirliliğinden korumaya yardımcı olacak.”
Kaynak: https://www.eurekalert.org/news-releases/1110174
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c16680
