Enligt UNESCO utgör plastavfall 80% av alla marina föroreningar, och 8-10 miljoner ton plast hamnar i våra hav varje år. Forskare vid USC Viterbi School of Engineering har upptäckt att ett mineral som vanligen finns i snäckskal kan vara nyckeln till ett säkrare plastalternativ.
Forskningen leds av Eun Ji Chung, Dr. Karl Jacob Jr. och Karl Jacob III Early-Career Chair vid USC Viterbi School of Engineering och en ledande expert på konstruerade nanopartiklar för kliniska tillämpningar. Chung har en bakgrund inom biomaterial, och hennes labb utvecklade nyligen ett nytt biokompatibelt plastalternativ genom att tillsätta kalciumkarbonat från snäckskal i poly (1,8-oktandiol-co-citrat) (POC), ett FDA-godkänt biologiskt nedbrytbart material som används i ortopediska fixeringsanordningar. Forskningen publiceras i MRS Communications.
Chung började återbesöka det arbete hon hade gjort som forskarstuderande, där hon arbetade med en biologiskt nedbrytbar polymer gjord av citronsyra, som finns i apelsiner. Forskningen från detta arbete var inriktad på att skapa polymerer för biomedicinska tillämpningar för suturer och fixeringsanordningar för senor.
”I forskarskolan lade vi till hydroxiapatit, som är de kalciumpartiklar som finns i ben, och jag tillverkade dem tillsammans, och de är nu biologiskt nedbrytbara material som redan är FDA-godkända”, säger Chung.
”Jag började tänka på att snäckskal också innehåller kalcium. Det är därför de är styva som ben. Men de har en annan typ av kalciumpartikel. Så jag anpassade i princip det jag gjorde och kopierade det så att det skulle passa bättre för ett alternativt plastmaterial.”
Chung säger att citronsyrapolymerens konsistens är klibbig, som ett tuggummi. När kalciumpartiklarna tillsätts och materialet värms upp och härdas i en ugn bildas ett plastliknande material. Det resulterande materialet, POC-CC, utvecklades till en prototyp och skars till för att bilda hållarringar för läskburkar som var tillräckligt robusta för att hålla burkarna.
Syntesprocessen för POC och POC-CC. (a) Schema för syntes av POC-CC: POC-prepolymer bildas följt av CC-inkorporering och ytterligare polymerisation. (b) POC-prepolymer. (c) POC-prepolymerlösning med CC i en teflonskål med en diameter på 5 tum. (d) POC-CC efter gjutning på 6 × 12 tum teflonark. Kredit: MRS Communications (2025). DOI: 10.1557/s43579-025-00695-z
Teamet antog att POC-CC-materialet skulle vara ett biokompatibelt plastsubstitut som kan brytas ned i marina miljöer samtidigt som det bibehåller tillräcklig styrka för industriella tillämpningar.
För att testa detta syntetiserades POC-CC med varierande koncentrationer av kalciumkarbonat. Under sex månader observerade de olika faktorer, inklusive viktnedbrytningshastigheten i havsvatten och den effekt materialet hade på vattnets pH-värde efter långvarig inkubation.
”Våra resultat visar att nedbrytningshastigheten ökar med ökad POC-innehåll och att tillsatsen av CC upprätthåller pH-värdet i havsvattnet”, säger Chung.
En annan fördel med materialet är dess biokompatibilitet – det skadar inte det marina livet på samma sätt som introducerade mikroplaster gör. Forskargruppen inkuberade en typ av grönalg (Scenedesmus sp.) tillsammans med POC-CC-materialet i simulerat havsvatten under sex månader. Teamet noterade hög cellviabilitet, vilket bekräftade att plastsubstitutet POC-CC var biokompatibelt med marina mikroorganismer.
Chung och hennes team planerar nu en förbättrad andra generationens version av materialet för att det ska brytas ned snabbare.
Chung tillägger att materialet har många potentiella användningsområden, t.ex. vid tillverkning av biologiskt nedbrytbara sugrör som är starkare än bambu- eller papperssugrör och säkrare än återanvändbara metallsugrör.
För mer information: Nathan Ho et al, Calcium carbonate-based biodegradable composites as an alternative material to industrial plastics, MRS Communications (2025). DOI: 10.1557/s43579-025-00695-z
