هر ساله اثرات منفی فعالیت های انسانی بر محیط زیست به طور فزاینده ای آشکار می شود. از تغییرات آب و هوایی و میکروپلاستیک ها گرفته تا در خطر انقراض و انقراض گونه های بی شماری، بدیهی است که ما باید راه های جدیدی برای دستیابی به پایداری پیدا کنیم. خوشبختانه، بسیاری از گروه‌های تحقیقاتی در زمینه‌های برجسته مانند شیمی و علم مواد به‌طور خستگی‌ناپذیر برای ایجاد راه‌حل‌هایی تلاش می‌کنند تا ما را به اقتصادهای دایره‌ای و پایدار نزدیک‌تر کنند.

یکی از زمینه هایی که در این زمینه توجه زیادی را به خود جلب کرده است، افزایش چرخه زیست توده است. این به تبدیل مواد آلی طبیعی موجود به محصولات با ارزش مانند سوخت های زیستی و پلاستیک های زیستی اشاره دارد. در حالی که بسیاری از مطالعات علمی بر روی زیست توده مشتق شده از گیاه، مانند الیاف سلولزی متمرکز شده اند، پتانسیل ملانین به عنوان یک منبع زیست توده هنوز مورد مطالعه قرار نگرفته است. یکی از دلایل اصلی این امر این است که تجزیه ملانین – یک بیوپلیمر پیچیده و در عین حال فراگیر – نیاز به بررسی بیشتر دارد.

در مطالعه اخیر منتشر شده در ACS Sustainable Chemistry & Engineering ، یک تیم تحقیقاتی به رهبری دانشیار میچیناری کوهری از دانشکده مهندسی در دانشگاه چیبا، ژاپن، تصمیم گرفتند این شکاف دانش را برطرف کنند. آنها با استفاده از ملانین مصنوعی و طبیعی، تجزیه و تحلیل دقیقی از تجزیه ملانین انجام دادند و پتانسیل افزایش چرخه آن را به نمایش گذاشتند. مقاله آنها که در ۱۹ آوریل ۲۰۲۴ به صورت آنلاین در دسترس قرار گرفت و در جلد ۱۲، شماره ۱۸ مجله در ۶ مه ۲۰۲۴ منتشر شد، توسط آقای تاکومی موریتا و پروفسور کیکی کیشیکاوا از دانشکده تحصیلات تکمیلی نوشته شده است. مهندسی در دانشگاه چیبا، پروفسور توشیهیکو ماتسورا از آزمایشگاه بیوتکنولوژی و مهندسی زیستی در دانشگاه آموزش هوکایدو، و پروفسور هیرونوری ایزاوا از دانشکده مهندسی دانشگاه میازاکی.

ابتدا، محققان ملانین مصنوعی را از پلی دوپامین سنتز کردند و پلیمری به دست آوردند که از نظر ساختاری بسیار شبیه ملانین طبیعی است. آنها با استفاده از نمونه های پودری به عنوان یک ماده مدل، مجموعه ای از آزمایش های تجزیه را تحت شرایط مختلف انجام دادند و به دنبال آن یک سری آزمایش های تحلیلی روی محصولات تجزیه حاصل انجام دادند.

پس از آن، آنها بسیاری از این آزمایش‌ها را روی ملانین طبیعی که از کیسه‌های جوهر ماهی‌های ماهی استخراج می‌کردند، تکرار کردند. دکتر کوهری توضیح می دهد: “از دیدگاه منابع، ملانین متمرکز شده در کیسه های جوهر ماهی مرکب و ماهی مرکب ملانین طبیعی به راحتی قابل بازیابی است. صید ماهی مرکب و اختاپوس سالانه افزایش یافته است و در حدود سه میلیون تن در چند سال گذشته در حال پرواز بوده است.” . جالب توجه است که محققان دریافتند ملانین مصنوعی و طبیعی هر دو به مشتقات پیرول حاوی اسیدهای کربوکسیلیک تجزیه می شوند. این نتیجه نشان می دهد که ملانین مشتق شده از سایر منابع تجدید پذیر و به راحتی قابل دسترسی، مانند اسکلت بیرونی حشرات، موی حیوانات، یا میکروارگانیسم های تولید کننده ملانین، می تواند به همان اندازه به عنوان یک پیش ساز شیمیایی مفید باشد.

در نهایت، محققان با استفاده از محصولات تجزیه به‌دست‌آمده از ملانین مصنوعی و طبیعی، فیلم‌ها و ذرات پلیمری مختلفی را تهیه کردند. این آزمایش‌ها به عنوان نمایشی از پتانسیل استفاده نشده ملانین در افزایش چرخه زیست توده عمل می‌کنند. دکتر کوهری می گوید: «از آنجایی که ملانین به طور طبیعی زیست توده فراوانی است و در نهایت توسط میکروارگانیسم ها تجزیه می شود، مواد پلیمری تولید شده با استفاده از محصولات تجزیه ملانین احتمالاً زیست تخریب پذیر هستند. پلیمرهای زیست تخریب پذیر را می توان بدون آسیب رساندن به محیط زیست دفع کرد و بنابراین، رویکرد پیشنهادی برای ساخت پلیمرها از محصولات تجزیه ملانین می تواند منجر به توسعه مواد پایدار شود.

به طور کلی، یافته‌های این مطالعه می‌تواند راه را برای پذیرش گسترده افزایش چرخه ملانین هموار کند، که در نهایت می‌تواند به ما در حفاظت از محیط زیست کمک کند. دکتر کوهری با چشمان آینده می‌گوید: «همانطور که تحقیقات روی زیست توده سلولز پیشرفت کرده است، زیرا سلولز را می‌توان از انواع گیاهان کم استفاده استخراج کرد، ما امیدواریم تلاش‌های ما استفاده از ملانین را به عنوان منبع زیست توده تقویت کند.»