다기능 플라스틱 첨가제는 인간과 지구에 좋습니다

조 다라 | 2023년 8월 10일

미국의 인구 노령화가 점점 더 고령화됨에 따라 암 및 기타 만성 질환의 발병률은 조만간 줄어들 것으로 예상되지 않습니다. 결과적으로 환경을 보호하면서 인구의 건강을 증진하는 데 도움이 될 수 있는 생물공정 방법을 통해 생산된 플라스틱, 금속, 코팅 등의 제품에 대한 수요가 증가했습니다. 미국 농무부에 따르면 생명공학은 빈곤 감소, 세계 식량 안보 개선, 기후 변화의 원인과 결과 완화 등 의료 및 사회적 목표를 달성하는 데 중요한 도구가 될 수 있습니다.

그러나 생물공정에는 그 자체의 결과와 한계가 있습니다. 특히 우려되는 점은 산화 스트레스, 즉 생물공정을 통해 생산되는 의약품 및 치료제의 수율을 10~15%까지 감소시키는 자유 라디칼과 항산화제의 불균형입니다. 세포와 조직에서 활성산소종(ROS)의 생성 및 축적과 이러한 반응성 생성물을 해독하는 생물학적 시스템의 능력 사이의 불균형으로 인해 발생하는 현상인 산화 스트레스는 막, 지질, 단백질과 같은 여러 세포 구조에 영향을 미칠 수 있습니다. , 지단백질 및 DNA.

산화, 자외선 및 미생물 성장에 더 잘 저항하여 플라스틱과 코팅을 "더 스마트하게" 만드는 데 도움이 되는 첨가제를 생산하는 매사추세츠주 뉴턴에 본사를 둔 특수 재료 회사인 Xheme Inc.에서 연구원과 과학자들은 프로그래밍 가능한 장치를 개발했습니다. 무독성 나노다공성 미세입자인 Xheme 다기능 첨가제(XMA)는 산화 스트레스로 인한 손상을 크게 줄이거나 제거합니다. 또한 항산화 및 항균 특성을 지닌 XMA는 치료제 수율을 높이는 능력으로 그 자체로 일종의 첨가제로 자리 잡았습니다.

"XMA 첨가제와 XMA 기반 일회용 플라스틱 생물반응기를 사용하여 생산된 치료제의 수율이 50% 증가하면 상당한 비용 절감 효과를 얻을 수 있으며 수백만 명의 추가 생명을 구할 수 있습니다."라고 최고 과학 책임자(CSO)인 SSR Kumar Challa 박사는 말했습니다. Xheme의 공동 창립자이기도 합니다. “생물의약품이 더 많은 환자에게 도달할 수 있도록 생물제조 비용을 줄이는 것은 여전히 ​​중요한 과제로 남아 있습니다. 많은 생물학적 치료법의 비용은 $10,000에서 $40,000 사이이고 일부는 연간 $500,000에 달합니다."

플라스틱 필름이나 코팅에 첨가하면 산화, 부식, 자외선 및 박테리아 손상으로부터 표면이나 포함된 제품을 보호하는 것으로 알려졌습니다. "단일 기능에 단일 첨가제를 사용하는 표면 보호에 대한 현재 접근 방식과 달리 XMA 접근 방식은 여러 기능을 가진 단일 첨가제를 사용합니다"라고 Challa는 설명합니다. “이러한 접근 방식은 플라스틱과 페인트 모두에 사용되는 첨가제의 수를 줄입니다. 현재 첨가물 중 다수가 인체 및 환경에 독성을 유발하는 것으로 알려져 있기 때문에 성능 저하 없이 필요한 첨가제 수를 대폭 줄이면 인체 및 환경에 대한 독성이 감소하거나 제거될 것으로 기대됩니다.”

고유한 이중 모드 크기와 다공성 분포(아래 도식 참조)를 제공하는 이중 금속 산화물 기반 나노다공성 거대 구조 미세 입자인 XMA 첨가제는 연구 중에 자유 라디칼 손상, 과산화물, 박테리아 오염으로부터 보호할 수 있는 능력도 있는 것으로 밝혀졌습니다. 및 X선 방사선. UMass Amherst 및 기타 연구소의 응용 생명 과학 연구소의 세포 배양 핵심 시설에서 실시한 테스트에 따르면 이들의 우수한 능력은 전통적인 금속 산화물 나노 입자 및 활성 산소 종 제거와 비교되는 것으로 알려져 있습니다. 그러나 산화 스트레스에 대한 영향은 여전히 ​​가장 중요합니다.

“산화 스트레스는 모든 중요한 거대분자를 손상시킵니다.”라고 Challa는 말했습니다. “지질 과산화, 단백질 산화 및 DNA 단편화는 세포사멸을 시작할 수 있는 다양한 세포 신호 전달 효과로 이어질 수 있습니다. 이는 스텐트, 보철물, 상처 치유, 혈액 백, 투석 백 및 바이오프로세싱 백의 완벽한 통합을 통해 생체 내 및 체외 생체 의학 장치의 성능에 영향을 미칩니다. 시공간적 정확성으로 산화 스트레스를 제어하는 ​​능력은 생체 내 및 체외 생체 의학 장치의 성능을 향상시키는 데 핵심입니다.”