Согласно статистическим данным Организации Объединенных Наций, объем электронных отходов на планете увеличился на 42 миллиона тонн в течение 2014 года. Основную долю данного мусора составляют устаревшие устройства, персональные компьютеры и мобильные телефоны, которые заменены пользователями на современные аналоги. Здесь важно подчеркнуть, что процесс утилизации электронных отходов характеризуется высокой сложностью и значительными затратами; даже с учетом извлечения драгоценных металлов и иных ценных компонентов, стоимость переработки не обеспечивает самоокупаемости процесса. Одним из возможных способов решения проблемы роста объемов электронного мусора является использование биодеградируемых материалов, способных к самостоятельному разложению при воздействии определенных условий окружающей среды.

И недавно китайские исследователи разработали новый вид деградируемого пластика, который может использоваться в производстве электронных компонентов и в основе которого лежит обыкновенный крахмал, получаемый при переработке кукурузы или картофеля.

Основой нового деградируемого пластика является полиактид (polylactic acid, PLA), который широко используется в настоящее время для трехмерной печати, в электронной и автомобильной промышленности, для изготовления упаковок и других потребительских товаров. Однако, этот пластик является хрупким и огнеопасным, он не обладает соответствующими электрическими свойствами для того, чтобы считаться хорошим электрическим изолятором.

Тем не менее, этот пластик может быть легко получен путем соответствующей обработки крахмала растительного происхождения, а его смешивание в определенных пропорциях с наночастицами, изготовленными из материала на основе металоорганических соединений, дает ему ряд привлекательных потребительских свойств.

Пленка, изготовленная из такого композитного материала имеет хорошие механические свойства, она огнеустойчива и, в зависимости от вида использованных в качестве примеси наночастиц, она может являться или электрическим проводником, или высококачественным изолятором. Все перечисленное делает новый материал весьма перспективным материалом для производства электронных устройств.

Но самое главное заключается в том, что при определенных условиях структура этого композитного пластика, в отличие от чистого PLA, начинает деградировать и материал легко разрушается. Остатки разрушившегося материала легко отделяются от других кремниевых или металлических частей электронных компонентов, и сам этот материал, и оставшиеся материалы можно подвергнуть не очень дорогостоящей переработке для их повторного использования.

Для любознательных

Исследования и разработки биодеградируемых пластиковых элементов электроники ведутся как в России, так и за рубежом. Основные участники и направления этих исследований включают:

В мире:

1. ETH Zurich (Швейцария) — исследователи разработали композит с наноцеллюлозой, который увеличивает прочность PLA (полилактида) на 30%.
2. Fraunhofer Institute (Германия) — подтвердили, что PLA разлагается за два месяца в условиях домашнего компостирования.
3. Carbios (Франция) — разработала ферментативный процесс разложения PLA до исходных мономеров, что позволяет создать замкнутый цикл производства.
4. BASF (Германия) — запустила линейку Ecoflex — гибких материалов для упаковки, которые полностью разлагаются за 60 дней.
5. CJ Biomaterials (Южная Корея) — разработала аморфные PHA (полигидроксиалканоаты) с уникальной эластичностью, используемые в медицинских имплантатах и гибкой упаковке для косметики.
6. Университет Бата (Великобритания) — модифицировал PLA, добавив сахарные молекулы, что позволило добиться разложения материала на 40% за 6 часов под УФ-излучением.

В России:

1. Томский государственный университет (ТГУ) — открыт Центр разработки суперконструкционных полимерных материалов, который занимается созданием биоразлагаемых материалов для упаковки и сельского хозяйства. Уже ведутся испытания материалов для медицинских имплантатов.
2. Университет ИТМО (Санкт-Петербург) — разрабатывает новые рецептуры и технологии компостируемой одноразовой посуды и упаковки с использованием вторичного растительного сырья и целлюлозных отходов.
3. Институт проблем химической физики РАН (ИПХФ РАН) — участвует в исследованиях биоразлагаемых материалов и их применения в различных областях, включая электронику.
4. Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова (ИОНХ РАН) — изучает возможности использования биоразлагаемых материалов в электронике.

Цели и применение:

• Экологическая безопасность: Снижение загрязнения окружающей среды за счёт использования биоразлагаемых материалов вместо традиционных пластиковых.
• Медицина: Разработка биоразлагаемых имплантатов и медицинских устройств, которые постепенно рассасываются в организме.
• Упаковка: Создание биоразлагаемых упаковочных материалов для продуктов питания и других товаров.
• Сельское хозяйство: Разработка плёнок для агросектора, которые разлагаются в почве без вреда для экосистемы.
• Электроника: Интеграция биоразлагаемых пластиковых элементов в электронные устройства для повышения их экологичности и безопасности.
• Промышленные применения: Использование биоразлагаемых материалов в производстве для создания устойчивых и экологически чистых технологий.

Эти исследования и разработки направлены на создание устойчивых и экологически чистых технологий, которые могут значительно снизить негативное воздействие на окружающую среду и улучшить качество жизни.

Применение в медицине

Применение биоразлагаемых пластиков в медицине открывает широкие перспективы для улучшения различных аспектов здравоохранения. Вот основные направления и примеры использования:

1. Хирургические нити и имплантаты:
   • Биоразлагаемые полимеры, такие как полилактид (PLA) и полигидроксиалканоаты (PHA), используются для создания рассасывающихся хирургических нитей и имплантатов. Эти материалы постепенно заменяются тканями организма, минимизируя необходимость в удалении.
2. Системы доставки лекарств:
   • Разработка систем контролируемой доставки лекарств на основе биоразлагаемых полимеров. Активные вещества высвобождаются по мере биодеградации полимерной матрицы, обеспечивая длительное и равномерное лечение.
3. Тканевая инженерия:
   • Использование биоразлагаемых материалов для создания каркасов, на которых выращиваются новые ткани, такие как кожа, кости, хрящи и сухожилия. Эти каркасы обеспечивают необходимую поддержку и постепенно замещаются живой тканью.
4. Медицинские устройства:
   • Биоразлагаемые устройства, такие как стенты, катетеры и другие медицинские изделия, которые со временем рассасываются в организме, снижая необходимость в повторных операциях.
5. Раневые покрытия и повязки:
   • Разработка биоразлагаемых повязок и покрытий для ран, которые способствуют заживлению и обеспечивают защиту от инфекций. Эти материалы могут быть биосовместимыми и биоразлагаемыми одновременно.
6. Биоразлагаемые шприцы и иглы:
   • Создание одноразовых медицинских инструментов из биоразлагаемых материалов, которые могут быть безопасно утилизированы после использования.
7. Системы биомаркеров и диагностики:
   • Использование биоразлагаемых материалов для создания сенсоров и диагностических устройств, которые могут быть введены в организм для мониторинга состояния здоровья или выявления заболеваний.
8. Регенеративная медицина:
   • Применение биоразлагаемых полимеров для разработки систем, способствующих регенерации тканей и органов. Эти материалы могут стимулировать рост новых клеток и тканей.
9. Иммунотерапия и онкология:
   • Разработка систем адресной доставки лекарственных средств и иммунных клеток с использованием биоразлагаемых носителей для повышения эффективности лечения онкологических заболеваний.
10. Стоматология:
    • Использование биоразлагаемых материалов для временных пломб и других стоматологических изделий, которые не требуют длительного удаления и могут быть безопасно разложены организмом.

Эти применения демонстрируют значительный потенциал биоразлагаемых полимеров для улучшения медицинских технологий, повышения безопасности пациентов и снижения экологического воздействия медицинских изделий.