研究人员将苍蝇变成可降解的塑料

研究人员将在美国化学会(ACS)秋季会议上发表他们的研究结果。

“20年来，我的团队一直在研究将天然产物(如从甘蔗或树木中获得的葡萄糖)转化为可降解、可消化的聚合物的方法，这种聚合物不会在环境中持续存在，”该项目的首席研究员凯伦·伍利博士说。“但这些天然产物是从食物、燃料、建筑和运输中获取的资源。”

所以伍利开始寻找没有这些竞争性应用的替代资源。她的同事杰弗里·汤姆伯林博士建议她可以利用养殖黑虻留下的废物，这是他一直在帮助发展的一个不断扩大的行业。

这些苍蝇的幼虫含有许多蛋白质和其他营养化合物，因此越来越多的未成熟昆虫被饲养作为动物饲料和消耗废物。然而，成虫在繁殖期结束后寿命很短，然后被丢弃。在汤姆伯林的建议下，这些成年尸体成为伍利团队的新原料。德克萨斯州农工大学伍利实验室的一名研究生卡西迪·蒂贝茨(Cassidy
Tibbetts)说:“我们正在把垃圾变成有用的东西。”

当Tibbetts检查死苍蝇时，她确定几丁质是主要成分。这种无毒、可生物降解的糖基聚合物增强了昆虫和甲壳类动物的外壳或外骨骼。生产商已经从虾和蟹壳中提取甲壳素用于各种用途，而Tibbetts一直在使用类似的技术，使用乙醇冲洗、酸性脱矿、碱性脱蛋白和漂白剂脱色从昆虫尸体中提取和纯化甲壳素。她说，她的几丁质粉可能更纯净，因为它没有传统产品的淡黄色和块状。她还指出，从苍蝇身上获取几丁质可以避免对某些海鲜过敏的担忧。其他一些研究人员从苍蝇幼虫中分离出几丁质或蛋白质，但伍利说，她的团队是她所知道的个从废弃的成年苍蝇中使用几丁质的团队，与幼虫不同，成年苍蝇不被用作饲料。

在蒂贝茨继续改进提取技术的同时，伍利实验室的另一名研究生Hongming
Guo一直在将纯化的苍蝇甲壳素转化为一种类似的聚合物，即壳聚糖。他通过剥离几丁质的乙酰基来做到这一点。这就暴露了化学反应性的氨基可以被功能化然后交联。这些步骤将壳聚糖转化为有用的生物塑料，如高吸水性水凝胶，这是一种可以吸水的3D聚合物网络。

Hongming
Guo发明了一种水凝胶，可以在一分钟内吸收其重量47倍的水。Wooley说，这种产品有可能用于农田土壤，以捕获洪水，然后在随后的干旱中缓慢释放水分。“在德克萨斯州，我们经常处于洪水或干旱的情况下，”她解释说，“所以我一直在努力思考如何制造一种高吸水性水凝胶来解决这个问题。”由于水凝胶是可生物降解的，她说，它应该逐渐释放出分子成分，作为农作物的营养物质。

今年夏天，该团队开始了一个将几丁质分解成单体氨基葡萄糖的项目。然后，这些小糖分子将被用来制造生物塑料，如聚碳酸酯或聚氨酯，这些生物塑料传统上是由石化产品制成的。黑兵蝇还含有许多其他有用的化合物，该小组计划将其用作起始材料，包括蛋白质、DNA、脂肪酸、脂质和维生素。

由这些化学积木制成的产品在被丢弃时可以降解或消化，所以它们不会加剧当前的塑料污染问题。伍利对这一过程的愿景将与可持续的循环经济概念保持一致:“终，我们希望昆虫把废塑料当作食物来源，然后我们会再次收获它们，收集它们的成分来制造新的塑料，”她说。“所以昆虫不仅是来源，而且它们还会消耗废弃的塑料。”