A Cornell Egyetem (Cornell University) által vezetett tudományos együttműködés célja, hogy az élő szervezetekben — mint például baktériumok, algák és növények, állatok, stb. — található örökítőanyagból, a DNS-ből, állítsanak elő természetbarát, könnyen lebomló bioműanyagokat és géleket, írja a Biomarket Insights.

A mostani eredményeknek köszönhetően a mindennapok során használatos műanyagokat, erős ragasztóanyagokat és többfunkciós kompozit anyagokat lehetne kiváltani az új, DNS alapú műanyagokkal. Emellett a jelenlegi megoldás új utakat is megnyit a gyógyszerkezelésben is a hatóanyagok szervezetben való bejuttatása terén. Mindkét esetben a környezetet a fosszilis energiahordozókból gyártott hagyományos termékek által igencsak terhelő megoldásokat lehet majd így kiváltani.

Az Amerikai Kémiai Társaság szaklapjában, a Journal of the American Chemical Society-ban megjelent cikk szerint a DNS-re nem csak örökítőanyagként, de nagyüzemi szinten előállítható építőanyagként is lehet tekinteni, hiszen molekuláris szerkezetéből adódóan új polimerek kialakítását is lehetővé teszi.

A kutatást vezető Dan Luo professzor, aki a Mezőgazdasági és Élettel Kapcsolatos Tudományok tanszékén folyó munkáért felel az egyetemen, a DNS ideális kiindulási anyag, több szempontból is. A DNS programozható, és jelenleg több mint 4000 különböző enzim ("nanoeszköz" a cikk nyelvezetében) áll a rendelkezésünkre, amely segítésével a DNS paramétereit megváltoztathatjuk. Emellett a DNS teljesen környezetbarát. Mi is eszünk és emésztünk DNS-t minden nap. A DNS nem toxikus, könnyen lebomlik és a belőle készült tárgyak könnyedén komposztálhatók.

A Földön jelenleg kb. 50 milliárd tonna szerves anyag található, amelynek kevesebb mint 1%-a tudná kiváltani a bolygó teljes éves műanyag fogyasztását a csoport számításai szerint. A fosszilis energiahordozókból készített műanyagok közben komoly környezeti károkat okoznak a lassú lebomlás miatt, a gyártásukkal és égetésükkel járó szén-dioxid kibocsátás mellett.

A korábbi hasonló ötletek, amelyek segítségével a biomasszában található szerves anyagokból környezetbarát műanyagokat gyárthatunk, főleg az úgynevezett poliszacharidok, mint például a cellulóz, kémiai lebontását és az így kapott köztes termékekből való műanyag gyártást célozta meg. Ezek a folyamatok rendszerint energiaigényesek és a magas hőmérsékleti kívánalmak miatt viszonylag környezet terhelők is.

Az új fejlesztések eredménye egy egylépéses szintézis, amely során a DNS szálakat kötik össze anélkül, hogy a már meglévő DNS szerkezetet felbontanák ezzel. Az eljárás meglepően egyszerű: a DNS élő anyagból — a cikk szerint algából, baktériumokból, de akár lazacból vagy almacsutkából — való kivonása után a vizes oldat kémhatását lúgossá kell tenni, majd polietilén-glikol-diakriláttal összevegyítve létrehozhatók a DNS szálak közötti új összekötések, és egy úgynevezett hidrogél alakul ki.

A hidrogél ezek után tovább feldolgozható, a víz kivonása hatására sűrűbb anyaggá, ragasztóvá vagy akár műanyaggá is alakítható. A hagyományos műanyaggyártáshoz képest ez egyszerűbb eljárás a kutatók szerint, amely könnyen kivitelezhető nagy méretekben főleg azért, mert a szerves anyagot és a benne rejlő DNS-t nem kell előkezelni. A keresztkötések könnyen kialakíthatók a DNS kinyerése után.

Rendkívül érdekessé teszi a gyártási technológiát az, hogy a DNS szerkezetet és tulajdonságai széles skálán változtathatók a DNS szekvenciájának variálásával. A csoport egyik tagjának sikerült olyan víz alapú ragasztót gyártani így, amely akár mínusz 20 fokon is ragad a Teflon bevonatokhoz. Erre víz alapú ragasztó még nem volt képes ezidáig. Egy még vadabb ötlet alapján mágneses nanorészecskéket sikerült a polimerbe beágyazni, és ezzel a kialakított polimer reagált a mágneses mező hatásaira.

Szinte bármi lehetséges, ami ezidáig eszünkbe jutott, nyilatkozta Luo. Lumineszcencia (fénykibocsátás), vezető vagy szigetelő tulajdonságok, a műanyag szilárdsága, stb. könnyen variálható.

De a hétköznapi életben felhasznált eszközök (játékok, evőeszközök, ruházat, építőanyagok, stb.) mellett nagyon alkalmas időzített gyógyszer bejuttatásra is. Emellett a kutatók úgynevezett sejtmentes fehérjeszintézist is végrehajtottak az új anyaggal, ami ezidáig lehetetlen volt a fosszilis alapanyagokból gyártott műanyagok segítségével.

A keresztkapcsolatok kialakítására használt technológiai lépés meglepően széles skálán és általánosan használható más polimerek és más molekulák esetében is.

A gyártási költségek jelenleg még magasak: kb. 1 dollár grammonként, vagyis 1000 dollár, kb. 315 ezer forint kilogrammonként. De a költségek kb. 90%-t a DNS kivonásához felhasznált etanol adja, így nagyüzemi szinten várhatóan legalább két, ha nem három nagyságrendi költségcsökkenés várható a kutatók szerint.

A legnagyobb kihívás a megfelelő mennyiségű DNS előállítása jelenti. Emellett a kutatócsoport az új anyagok élettartamának növelésén fáradozik és azon, hogy a lebomlás megindulását késleltetni tudják.