Kavitacijski mehurčki: kako lahko “pokajoče” mikroeksplozije ustvarijo boljši hitosan
Pixabay
Datum objave:
Raziskovalci Fakultete za strojništvo Univerze v Ljubljani in Kemijskega inštituta so našli nov, hitrejši in okolju prijaznejši način za pripravo hitosana z nizko molsko maso. Pri svojem delu so izkoristili kavitacijo, čisto, hitro in učinkovito tehnologijo, ki bi lahko nadomestila nekatere manj trajnostne obstoječe metode. S tem so odprli pot razvoju nove generacije materialov, ki jih bomo lahko uporabljali v medicini, farmaciji, prehrani, industriji in okoljskih rešitvah.
V raziskavi so raziskovalci želeli s pomočjo kavitacije in dodatkom oksidanta, vodikovega peroksida, doseči, da se dolge verige hitosana skrajšajo, ne da bi se pri tem poškodovala njegova osnovna kemična zgradba. Preučevali so več različnih parametrov, ki lahko vplivajo na potek razgradnje, med drugim intenzivnost kavitacijskega delovanja, količino dodanega vodikovega peroksida in pripravo vzorca. Pri raziskavah so uspešno zmanjšali povprečno molsko maso hitosana za kar 97,2 odstotka. Pomembno je poudariti, da se pri tem njegova osnovna kemična struktura ni spremenila, kar pomeni, da material ohrani vse svoje ključne uporabne lastnosti.
Ta odkritja so pomembna zato, ker so običajne metode razgradnje hitosana pogosto precej počasne, zahtevajo visoke temperature ali uporabo agresivnih kemikalij, ki lahko poškodujejo strukturo materiala. Nova kavitacijska metoda pa je hitrejša, energijsko učinkovitejša in bistveno bolj prijazna do okolja. Prav tako je primerna za industrijsko uporabo, kar pomeni, da bi jo v prihodnosti lahko uporabili za masovno in trajnostno proizvodnjo bioaktivnih materialov.
Kaj je hitosan?
Hitosan je polisaharid, kompleksen oglikov hidrat, sestavljen iz več monosaharidnih enot kot npr. glukoza. Pridobivamo ga iz hitina, ki predstavlja glavno sestavino zunanjih oklepov rakov in školjk. Če te dolge verige skrajšamo, dobimo hitosan z nizko molsko maso, ki je lažje topen, biološko aktiven in primernejši za uporabo v medicinskih materialih. Zaradi svojih lastnosti je posebej zanimiv pri proizvodnji zdravil, pripravo bioaktivnih površin, razvoju biokompatibilnih materialov in za druge okoljske rešitve, med drugim tudi za čiščenje vode.
Kaj je kavitacija?
Kavitacija nastane zaradi nenadnega lokalnega padca tlaka, kar povzroči nastanek majhnih parnih mehurčkov v tekočini. Ob kolapsu teh mehurčkov se sproščena energija skoncentrira na zelo majhnem prostoru in v zelo kratkem času, kar lahko primerjamo z mikroeksplozijam. Prihaja do izredno visokih tlačnih nihanj, nastanejo mikro tokovi in do lokalno ekstremnih temperature, kar lahko razbije molekulske vezi ali sproži različne kemične reakcije.
Raziskava tako potrjuje, da so kavitacijski mehurčki, če jih znamo “ukrotiti”, izjemno obetavno orodje za razgradnjo polisaharidov, kot je hitosan. V primerjavi s kemijskimi in encimskimi metodami predstavljajo čisto, hitro in učinkovito tehnologijo.Poleg tega odpirajo pot razvoju nove generacije materialov, ki jih bomo lahko uporabljali v medicini, farmaciji, prehrani, industriji in okoljskih rešitvah.
Raziskavo je izvedla interdisciplinarna ekipa strokovnjakov z različnih področij Fakultete za strojništvo, Kemijskega inštituta ter Fakultete za farmacijo, ki jo sestavljajo Andraž Zupanc, Jernej Ortar, David Pahovnik, Nataša Zabukovec Logar, Blaž Stres, Alenka Šmid, Mojca Zupanc, Martin Petkovšek in Ema Žagar. Rezultate svojega dela so objavili v priznani znanstveni reviji Ultrasonics Sonochemistry.
