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想象一下，利用昆蟲提取化學物質(zhì)來制造可生物降解的塑料，然后再由這些昆蟲進行分解。這個想法并不像聽起來那么牽強。科學家們最近討論了他們的研究進展，包括提取和提煉這些來自昆蟲的化學物質(zhì)，以及將它們轉(zhuǎn)化為有效的生物塑料。
研究人員在美國化學學會（ACS）秋季會議上展示了他們的研究成果。美國化學學會2023年秋季會議是一個混合會議，將于8月13-17日以虛擬和現(xiàn)場方式舉行，大約有12000個關(guān)于各種科學主題的報告。
"20 年來，我的研究小組一直在開發(fā)將天然產(chǎn)品（例如從甘蔗或樹木中獲取的葡萄糖）轉(zhuǎn)化為可降解、可消化且不會在環(huán)境中持久存在的聚合物的方法，"該項目的首席研究員 Karen Wooley 博士說。"但是，這些天然產(chǎn)品是從同時用于食品、燃料、建筑和運輸?shù)馁Y源中提取的。"
于是，Wooley 開始尋找沒有這些競爭性用途的替代資源。她的同事杰弗里-湯姆柏林（Jeffery Tomberlin）博士建議她可以使用養(yǎng)殖黑兵蠅留下的廢品，這是他一直在幫助發(fā)展的一個不斷擴大的產(chǎn)業(yè)。
這種蒼蠅的幼蟲含有多種蛋白質(zhì)和其他營養(yǎng)成分，因此越來越多的人開始飼養(yǎng)這種未成熟的昆蟲，作為動物飼料和消耗廢物。然而，成蟲在繁殖期結(jié)束后壽命很短，隨后就會被丟棄。在湯姆柏林的建議下，這些成蟲的尸體成了伍利團隊新的起始材料。德克薩斯農(nóng)工大學伍利實驗室的研究生卡西迪-蒂貝茨（Cassidy Tibbetts）說："我們正在把一些垃圾變成有用的東西。"
當?shù)儇惔臋z查死蒼蠅時，她確定甲殼素是其中的主要成分。這種無毒、可生物降解的糖基聚合物可以強化昆蟲和甲殼類動物的外殼或外骨骼。制造商已經(jīng)從蝦殼和蟹殼中提取甲殼素用于各種用途，Tibbetts 一直在使用乙醇漂洗、酸性脫鹽、堿性脫蛋白和漂白脫色等類似技術(shù)，從昆蟲尸體中提取和提純甲殼素。她說，她從蒼蠅身上獲取的甲殼素粉可能更純凈，因為它沒有傳統(tǒng)產(chǎn)品的淡黃色和結(jié)塊質(zhì)地。她還指出，從蒼蠅身上獲取甲殼素可以避免對某些海鮮過敏的擔憂。其他一些研究人員從蒼蠅幼蟲中分離出幾丁質(zhì)或蛋白質(zhì)，但 Wooley 說，據(jù)她所知，她的團隊是第一個使用廢棄成蠅中的幾丁質(zhì)的團隊。
在蒂貝茨繼續(xù)改進提取技術(shù)的同時，伍利實驗室的另一名研究生郭宏明一直在將純化的蒼蠅甲殼素轉(zhuǎn)化為一種類似的聚合物，即殼聚糖。他的方法是剝離甲殼素的乙酰基。這就暴露出了具有化學反應(yīng)活性的氨基，這些氨基可以被官能化，然后交聯(lián)。這些步驟將殼聚糖轉(zhuǎn)化為有用的生物塑料，如超吸水性水凝膠，這是一種能吸水的三維聚合物網(wǎng)絡(luò)。這種水凝膠能在一分鐘內(nèi)吸收 47 倍于其重量的水。Wooley 說，這種產(chǎn)品有可能用于農(nóng)田土壤，以吸收洪水，然后在隨后的干旱期間緩慢釋放水分。她解釋說："在得克薩斯州，我們經(jīng)常不是遭遇洪水就是遭遇干旱，所以我一直在想如何制造一種超吸水性水凝膠來解決這個問題。她說，由于這種水凝膠是可生物降解的，它應(yīng)該會逐漸釋放出其分子成分，作為農(nóng)作物的養(yǎng)分。"
今年夏天，研究小組將啟動一個項目，將甲殼素分解成單體葡糖胺。然后，這些小糖分子將被用來制造生物塑料，如聚碳酸酯或聚氨酯，這些塑料傳統(tǒng)上是用石油化工產(chǎn)品制造的。黑兵蠅還含有許多其他有用的化合物，該研究小組計劃將其用作起始材料，包括蛋白質(zhì)、DNA、脂肪酸、脂類和維生素。
用這些化學構(gòu)件制成的產(chǎn)品在丟棄時可以降解或消化，因此不會造成目前的塑料污染問題。Wooley 對這一過程的愿景是使其符合可持續(xù)發(fā)展的循環(huán)經(jīng)濟理念。她說："最終，我們希望昆蟲以廢塑料為食物來源，然后我們再收獲它們，收集它們的成分來制造新的塑料。因此，昆蟲不僅是塑料的來源，而且還會食用廢棄塑料"。
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