Op 5 augustus bevatte de Biofuels Digest een groot artikel over chitosan, een interessante groene stof met een grote toekomst, maar tot nu toe bijna onbekend bij het publiek (en jammer genoeg ook bij de industrie). We schreven er drie jaar geleden al over. Sindsdien heeft de wetenschap zich verder ontwikkeld en zijn er veel nieuwe toepassingen bij gekomen.
Chitine en chitosan
Chitosan is nauw verwant aan chitine, na cellulose de meest voorkomende stof in de levende natuur. Terwijl cellulose een polymeer is van glucose, is chitine een polymeer van het nauw verwante molecuul glucosamine. De stof komt in vele vormen voor: tamelijk zuiver (rupsenhuid), in heel dunne lagen (vlindervleugels, met prachtige kleureffecten), samen met eiwitten in de vorm van sclerotine (het hoofdbestanddeel van het exoskelet van insecten), of in een sterk mengsel samen met calciumcarbonaat (de dekschaal van garnalen en krabben). Om chitine te maken hoeven we dus alleen maar de overal voorkomende grondstof te verzamelen, bijvoorbeeld als bijproduct van fabrieken van krabvlees of insecteneiwit. Chitosan op zijn beurt kan gemakkelijk worden gemaakt uit chitine door deacetylering. Het kan worden gebruikt als biologisch afbreekbaar groen plastic. Het heeft belangrijke toepassingen in de landbouw. Het versterkt de aangeboren weerstand in planten tegen insecten en ziekteverwekkers. Het verbetert de fotosynthese en bevordert de plantengroei. Zaden gecoat met chitosan zijn beter bestand tegen parasitaire cystenaaltjes en zijn niet schadelijk voor nuttige aaltjes en andere organismen.
Chitosan als biomedisch actieve stof
Een van de belangrijke eigenschappen van chitosan ligt in de biomedische sfeer: het laat bloed stollen en heeft een natuurlijke antibacteriële werking; daarom wordt het toegepast in hoogwaardig wondverband. Kort geleden heeft Dr. Subhasmita Swain van de SOA Universiteit in India een biomedisch wondverband ontwikkeld dat bloed laat stollen. Zij combineerde chitosan met kurkumapoeder, ook een stof met natuurlijke antiseptische, antibacteriële en antibiotische eigenschappen. Ze mengde de stoffen, vriesdroogde ze, en verkreeg zo een poreus gaas dat heel goed bloedingen bleek te stoppen.
In een vergelijkbaar onderzoek combineerden onderzoekers van het Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering in Harvard chitosan met transglutaminase (TG), een enzym dat van nature voorkomt in het lichaam en daar zorgt voor een sterke huid en stevig geronnen bloed. Uit hun onderzoek blijkt dat dit materiaal kan worden gebruikt om lichaamsweefsel bijeen te houden zodat wonden kunnen genezen, en zelfs om implantaten op hun plaats te houden.
Tegelijkertijd hebben onderzoekers in Portugal biologisch actieve nanodeeltjes van glas gecombineerd met chitosan voor het maken van kunstbot. Biologisch actief glas is een keramisch glasmateriaal dat zich goed bindt aan botten. Het onderzoek is nog niet afgerond, maar de voorlopige resultaten zien er goed uit.
Betere gezondheid met chitosan
Kort geleden hebben onderzoekers van Colorado State University chitosan gebruikt om een materiaal te maken dat het vormen van bacteriële biofilms verhindert. Zulke biofilms bedreigen de volksgezondheid, doordat bacteriën veel minder vatbaar zijn voor antibiotica als zij eenmaal een sterke film hebben gevormd. Dat geldt in het bijzonder voor Pseudomonas aeruginosa, een bacteriesoort die men tot nu toe nauwelijks kon bestrijden. De onderzoekers hebben nu ontdekt dat een metaal- organische stof op basis van koper, gevat in een ondergrond van chitosan, grotendeels de vorming van zulke nare bacteriële films voorkomt.
En de stof blijkt ook nuttig te zijn bij de bestrijding van malaria. Onderzoekers in India hebben aangetoond dat een spray gemaakt van chitosan en zilver nanodeeltjes de verspreiding van muggen met de malariabacterie tegengaat. De spray, ontwikkeld door onderzoekers van Bharathiar University in Tamil Nadu en de National Taiwan Ocean University, werd verspreid boven meren in Coimbatore. Al bij lage concentraties doodde deze de larven en poppen van de muggen, en bovendien bleek de stof ongevaarlijk te zijn voor dieren die leven van muggen, zoals goudvissen.
En in Brazilië hebben onderzoekers het effect onderzocht van toevoegingen van chitosan aan het voer van runderen. Zij keken naar de verteerbaarheid van de voeding, fermentatie in de lebmaag, de microbiële aanmaak van eiwitten, de benutting van stikstof, en het metabolisme van ureum en creatinine bij grazende stierkalveren. Zij vonden gunstige resultaten, en bevelen een dieet aan van 900 mg chitosan per kg krachtvoer bij grazende kalveren.
Chitosan als bioplastic
En de verbinding kan worden gebruikt in de vorm van een biologisch afbreekbare groene plastic. Nicola Everett, professor aan de Universiteit van Nottingham, heeft biologisch afbreekbare plastic tassen gemaakt uit dekschildjes van garnalen. De schildjes worden eerst gekookt in zuur waardoor kalk wordt verwijderd, en dan gekookt in een basische oplossing waardoor eiwitten worden verwijderd en alleen chitosan overblijft. Uit 1 kilo garnalenafval kon ze ongeveer 15 boodschappentassen maken. Zij suggereert dat chitosantassen kunnen helpen bij het oplossen van de grote afvalproblemen in Egypte. Er wordt heel veel garnalenafval geproduceerd in Egypte, maar er ligt overal plastic afval omdat er geen goede afvalverwijdering bestaat; slechts 60% van het afval wordt ingezameld. Everett denkt dat het maken van biologisch afbreekbare plastic tassen uit een overvloedig aanwezige grondstof veel verschil zal maken. Het team werkt nu aan het verkorten van de productietijd.
De reus wordt misschien wakker. Het inzamelen van dekschalen van garnalen en krabben, of exoskeletten van insecten bij fabrieken van insectenmeel, zou niet al te moeilijk moeten zijn. En dan zijn er vele mogelijkheden voor chitine, en nog meer voor het daaruit te maken chitosan.
Interessant? Lees ook:
Bioraffinage van insecten: het bestaat, het werkt
Nanocomposieten, precisiematerialen
Nano3Bio: veelbelovende resultaten voor chitosan