一群アメリカの科学者が、絡み合った海藻からインスパイアを受けた生分解性のネット状材料を開発しました。この材料は、ミリメートルサイズの破片から数十ナノメートルの微細粒子までを捕捉することができます。この新しい材料はノースカロライナ州立大学の研究者によって設計され、淡水と塩水の環境に適しており、水域のプラスチック汚染を除去するという重大な課題の解決に寄与します。マイクロプラスチックは、5ミリメートル未満のプラスチック粒子として定義され、河川、湖、海洋における蓄積により、ますます深刻な環境問題となっており、食物連鎖に入る可能性があります。既存の清掃技術は通常、限られたサイズ範囲でのみ効果的であり、より大きな破片や超微細粒子を捕捉することができません。
この問題を解決するために、科学者たちは異なるサイズのマイクロプラスチックを捕捉できる単一の材料を創造しました。
設計プロセスでは、科学者たちは漂流する海藻の塊や自然に形成された海王星の球体からインスパイアを受けました。これらの密に絡み合った海草の球体は、海洋環境でマイクロプラスチックを収集できることが発見されました。ノースカロライナ州立大学の化学および生物分子工学の教授オーリン・ヴェレフ（Orlin Velev）は、「私たちの目標は、さまざまなプラスチック微粒子を捕捉できる多スケール構造を開発することです。私たちは、絡み合った海藻が行う構造を模倣することを望んでいます。」と述べました。研究者たちは海藻の外観を単にコピーするのではなく、持続可能なバイオポリマーを使用してその絡み合った構造を再構築しました。
ヴェレフは、このネット状材料が海藻から得られる糖類ポリマーのアルギン酸塩と甲殻類の殻から得られるキチンで作られていることを明らかにしました。
新型ネット状材料が水域環境での可能性を示す
このネットは高い多孔質構造を持ち、非常に細いキチン繊維で覆われており、これらの繊維は柔らかい樹状コロイドから成っています。これらの構造は絶えず分岐してより細い繊維を形成し、最終的には毛羽立ったナノ繊維の冠を形成します。この結合により、ふわふわしたネット状物が生まれます。この構造は柔らかい樹状コロイドがほぼすべての表面に付着できることを可能にし、水中からポリマー微粒子やナノ粒子を直接捕捉することができます。ネット状材料の大きな開口部は、物理的に大きなプラスチック破片を捕捉でき、毛羽立ったナノ繊維の被覆は通常のフィルターを通過する小さな粒子に付着することができます。
概念検証テストでは、この新しいネット状材料が実験室で生成されたナノ粒子や水中から収集された実際のマイクロプラスチックを成功裏に捕捉しました。この材料は淡水と塩水の両方で効果的であり、さまざまな水域環境での可能性を示しています。ヴェレフは、「最終的には、ふわふわしたネットのような構造が得られます。」と説明しました。この構造の「ネット」部分は、1ミリメートル以上の大きなプラスチック微粒子を捕捉することができます。このネット状材料の主な利点の一つは、約5ミリメートルから数十ナノメートルまでの超広範囲の粒子を捕捉できることであり、これは異なるサイズの粒子を捕捉するための複数のフィルターシステムに取って代わる可能性があります。
さらに、ネット状材料がプラスチックごみで満たされると、微生物消化を通じて回収される可能性があります。
ネット状材料とその捕捉した内容物はすべて生物処理が可能であり、この方法は生分解性の材料や収集されたマイクロプラスチックを分解するのに役立ち、新しい清掃ネットを製造するための原材料を生成する可能性があります。ヴェレフはプレスリリースで、「私たちはこの設計が実行可能であることを証明しました。また、私たちが使用する材料は自然由来であり、比較的安価です。」とまとめました。この研究は『サイエンス・アドバンシズ』誌に発表されました。