マイクロプラスチックの一部をシルクで代替 (Silk offers an alternative to some microplastics)

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2022-07-20 アメリカ合衆国・マサチューセッツ工科大学(MIT)

・ MIT と BASF が、マイクロプラスチックの代替が期待できる、シルクプロテインをベースとした生分解性のコーティング材料を開発。シルクは無毒で体内で自然に分解されるため、食品や医療用途での安全性が認識されている。
・ プラスチックの微小粒子であるマイクロプラスチックは、大気、水や土壌に含まれ、深刻な汚染の脅威となり、動物や人々の血流からも検出されている。
・ 農薬、塗料、化粧品や洗剤等の様々な製品にも添加され、欧州化学品庁(ECHA)では欧州連合(EU) のみで年間 5 万トンに達すると推定。EU ではこのような非生分解性マイクロプラスチックの 2025年までの排除を宣言しており、適切な代替品を探求している。
・ 工業製品で広く利用されているマイクロプラスチックは、特定の有効成分を空気や湿気による劣化から保護し、それらを一定期間徐々に放出して周囲への悪影響を最小限に抑える役割を担う。
・ 例えば、ビタミンや殺虫剤等に使用されるマイクロカプセルの原料には、環境に長期間残留するプラスチックが利用される。このようなマイクロプラスチックは環境中のプラスチックの約 10~15%を占めるとされるが、今回開発の生分解性代替品がこの課題を比較的容易に解決できる可能性がある。
・ 新材料には入手し易く廉価な低級のシルクプロテインや、使用済み・廃棄シルクの織物も利用できる。スケーラブル、簡易で調整可能な水ベースのプロセスで製造する新材料は、従来型の製造機器に使用できるため、既存の工場を活用したシンプルな「ドロップイン」のソリューションも可能となる。
・ 既存の標準的なスプレーベースの製造装置で新材料を使用し、一般的な水溶性のマイクロカプセル化除草剤製品の作製を実証。市販品よりも効果的で、植物に与えるダメージが少ないことを確認した。
・ 既存機器との適合性の鍵は、新材料の調整可能性。シルクの高分子鎖配列を精密に調整して界面活性剤を添加することで、乾燥・硬化後のコーティング材料の特性を微調整できる。疎水性、撥水性、その中間の特性や、代替する材料の特性に合わせた製造も可能。
・ 本研究は、Northeast Research Alliance (NORA)を通じて BASF が支援した。
URL: https://news.mit.edu/2022/silk-alternative-microplastics-0720

<NEDO海外技術情報より>

関連情報

Small 掲載論文(フルテキスト)
Microencapsulation of High-Content Actives Using Biodegradable Silk Materials
URL: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202201487

Abstract

There is a compelling need across several industries to substitute non-degradable, intentionally added microplastics with biodegradable alternatives. Nonetheless, stringent performance criteria in actives’ controlled release and manufacturing at scale of emerging materials hinder the replacement of polymers used for microplastics fabrication with circular ones. Here, the authors demonstrate that active microencapsulation in a structural protein such as silk fibroin can be achieved by modulating protein protonation and chain relaxation at the point of material assembly. Silk fibroin micelles’ size is tuned from several to hundreds of nanometers, enabling the manufacturing—by retrofitting spray drying and spray freeze drying techniques—of microcapsules with tunable morphology and structure, that is, hollow-spongy, hollow-smooth, hollow crumpled matrices, and hollow crumpled multi-domain. Microcapsules degradation kinetics and sustained release of soluble and insoluble payloads typically used in cosmetic and agriculture applications are controlled by modulating fibroin’s beta-sheet content from 20% to near 40%. Ultraviolet-visible studies indicate that burst release of a commonly used herbicide (i.e., saflufenacil) significantly decreases from 25% to 0.8% via silk fibroin microencapsulation. As a proof-of-concept for agrochemicals applications, a 6-day greenhouse trial demonstrates that saflufenacil delivered on corn plants via silk microcapsules reduces crop injury when compared to the non-encapsulated version.

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