Proteine als Grundlage für neue Kunststoffe

Chinesische Wissenschaftler sehen durchaus eine Konkurrenz für erdölbasierte Produkte

Spielzeugsteine: könnten künftig aus ölfreiem Kunststoff sein (Foto: Semevent, pixabay.com)

Changchun (pte002/15.02.2022/06:05)

Einen Kunststoff, der so stabil und fest ist wie ein Polymer auf Erdölbasis, sich gleichzeitig aber biologisch abbauen lässt, haben Forscher um Jingjing Li und Yawei Liu von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften http://english.cas.cn sowie Bo Wei vom First Medical Center of PLA General Hospital http://301hospital.com.cn entwickelt. Bisher haben Forscher vor allem Polymilchsäure genutzt, um Kunststoffe ohne Erdöl herzustellen. Doch diese sind qualitativ nicht konkurrenzfähig, weil nicht lange haltbar und oft nicht einmal biologisch abbaubar.

ELP und Tintenfisch-Eiweiß

Die chinesischen Forscher haben einen völlig anderen Ansatz gewählt und als Ausgangsmaterial zwei unterschiedliche Proteine genutzt, die reich an Lysin sind, einer Aminosäure. Beides sind Materialien, die natürlichen Ursprungs sind und beispielsweise im menschlichen Körper vorkommen. Das chinesische Team produzierte die Proteine mithilfe von genmanipulierten Bakterien in einen Bioreaktor. Sie nannten das Produkt ELP und versetzten es mit kristallinen Segmenten eines weiteren Proteins, das sie aus Tintenfischen gewannen.

Polyethylenglykol (PEG), das unter anderem in Arzneimitteln verwendet wird, sorgte dafür, dass sich das angereicherte ELP vernetzt, die Monomere ineinander verknäueln und einen zähen, transparenten und lösungsmittelbeständigen Kunststoff bilden. Seine mechanischen Eigenschaften lassen sich durch Änderung des PEG-Anteils variieren. Das ermöglicht die Herstellung von Biokunststoffen mit hoher mechanischer Festigkeit bei Raumtemperatur in jeder gewünschten Form und ohne giftige Chemikalien oder komplexe Verarbeitungsschritte wie Verflüssigung, Extrusion oder Blasformen. Die Bruchspannung übersteigt diejenige vieler handelsüblicher Kunststoffe.

Spielzeug, Pflaster, Implantate

Denkbar ist es, Spielzeug mit diesem neuen, ungiftigen Biokunststoff herzustellen, der mit Lebensmittelfarbe gefärbt werden kann. Dieses Material kann auch zum Versiegeln von Wunden verwendet werden, da es blutstillende Wirkung hat. Es könnte auch zu Implantaten geformt werden, die sich parallel zum Heilungsprozess innerhalb weniger Wochen vollständig abbauen. Das Team stellte aus dem Material auch Fäden her, die so fest sind wie biotechnisch hergestellte Seide. Daraus lassen sich hochfeste Stoffe weben. Um das Material abzubauen, ist Elastase nötig, ein natürliches Verdauungsenzym.

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