Napredni tehnološki procesi za recikliranje odpadne keratinske biomase in razvoj novih funkcionalnih bio-produktov na osnovi keratina

Glavni cilj projekta je razviti trajnostni integriran postopek za proizvodnjo funkcionalnih medicinskih pripomočkov in materialov (povoji za rane, dermalni in epidermalni nadomestki za zdravljenje kožnih ran) iz naravnih gradnikov, izoliranih iz odpadne biomase. Vzpostavljeni bodo novi napredni krožni procesi, ki naslavljajo problematične snovne tokove (perje, volna), ki se proizvajajo v precejšnjih količinah in se trenutno ne izkoriščajo, čeprav so bogati z dragocenim polimerom keratinom. Beljakovina keratin ima izjemen komercialni potencial za uporabo v medicini, npr. za celjenjem ran, preprečevanje razvoja biofilmov, medicinske membrane in filtre, kostne nadomestke, gele za injiciranje in dostavo zdravil. Vendar pa je do sedaj znanih le malo aplikacij na osnovi recikliranega keratina, kar je posledica škodljivih, dragih, dolgotrajnih in težko izvedljivih tehnologij za recikliranje keratina iz biomase. Poleg tega je z obstoječimi konvencionalnimi tehnologijami mogoče pridobiti keratin večinoma z nizkim izkoristkom, z omejeno topnostjo, čistoto ter z nizko molekulsko maso, kar močno otežuje njegovo širšo uporabo. Bioaktivnost in biokompatibilnost keratina namreč močno padata z nižanjem molekulske mase, razen tega je v primeru prenizke molekulske mase težko formirati nanovlakna. V okviru projekta bomo razvili nov integriran postopek, ki bo vključeval več stopenj in sicer i) izolacijo keratina iz perja in odpadne volne, ii) kopolimerizacijo izoliranega keratina z drugimi funkcionalnimi bio-polimeri ter iii) pripravo nanovlakenskih struktur. V prvi stopnji bomo za ekstrakcijo keratina razvili novo trajnostno tehnologijo izolacije z uporabo pod-kritične vode, tj. hidrotermični postopek, ki bo ohranil molekulsko maso in funkcionalne lastnosti keratina. Izoliran keratin bomo v naslednji fazi kopolimerizirali z drugimi funkcionalnimi bio-polimeri pod pogoji, ki bodo primerni za pripravo koloidnih raztopin ali suspenzij ustrezne viskoznosti. V tretji stopnji bomo iz izoliranega keratina in pripravljenih kopolimerov na osnovi keratina, kot tudi z dodatkom naravnih polifenolov z elektropredenjem proizvedli nanovlakenske strukture, uporabne za napredno generacijo medicinskih pripomočkov z odličnimi antibakterijskimi in antioksidativnimi lastnostmi. Za zagotavljanje optimalne platforme za razvoj inovativnih medicinskih pripomočkov in materialov za zdravljenje ran in kožnih obolenj bo posebna pozornost namenjena preučevanju kvalitativnih in kvantitativnih korelacij med karakteristikami vlaken (velikost/premer, morfologija, bioaktivnost) ter procesnimi parametri (za vse procese, od hidrotermičnega postopka, kopolimerizacije in elektropredenja). V zadnji fazi bomo, ob upoštevanju ekonomičnosti, vplivov na okolje, porabe energije, investicije in kvalitete produktov v posamezni stopnji procesa, izvedli večkriterijsko analizo ter pripravili procesno shemo integriranega postopka. Projekt je transdisciplinaren in komplementaren in zajema področja kemijskega inženirstva, tekstilstva in okoljskega inženirstva. Pomembno bo prispeval k: - zmanjšanju količine bioloških odpadkov, krepitivi koncepta „nič odpadkov“ in vzpostavitvi novih naprednih konceptov krožnega gospodarstva; - okoljskemu inženirstvu z razvojem zelenih tehnologij za recikliranje bioloških odpadkov in proizvodnjo novih funkcionalnih bio materialov za pametne medicinske pripomočke; - novemu znanju na področju biopolimerov in biokompozitov ter njihove predelave, ki je ključnega pomena za uspešno pretvorbo odpadkov v homogeno, topno in varno, s keratinom obogateno surovino, ki je enostavna za nadaljnje procesiranje in ki jo lahko izkoristimo za pretvorbo v številne bio-materiale in bio-produkte z visoko dodano vrednostjo, - odprla se bodo nova možna področja uporabe razvitih biopolimerov in biokompozitov (npr. v medicini, farmacevtski, kozmetični, tekstilni, plastični in embalažni industriji).