Het Schild van de Zee: Karkassen van Garnalen Worden Hightech Materiaal

De oceaan produceert een constant geluid van 'kraken' – het geluid van de voedselketen die draait, waarbij de overblijfselen van organismen achterblijven. Een stille bijkomstigheid hiervan zijn de bergen van exoskeletten. Echter, tegen het einde van 2025 lijkt de wetenschap een nieuwe melodie te ontdekken in dit 'kraken': afval van de karkassen van de zwarte tijgergarnaal (Penaeus monodon) wordt omgezet in biofunctionele nanodeeltjes chitosan. Dit materiaal heeft het potentieel om tegelijkertijd ziekteverwekkers in de aquacultuur tegen te gaan, als antioxidant te fungeren, en zelfs te dienen als een 'levende' coating voor het conserveren van fruit.

Onderzoekers hebben een geïntegreerde en 'groene' methode beschreven. Dit traject leidt van de karkassen van P. monodon, via chitosan, naar chitosan-nanodeeltjes (ChNPs). De sleutel tot deze transformatie lag in de methode van ionische (ionotrope) gel-immobilisatie, waarbij natriumtripolyfosfaat (STPP) werd gebruikt als anionische verknopingsmiddel. Dit zorgvuldige proces zorgt voor de gewenste structuur.

Vervolgens ondergingen de verkregen deeltjes een grondige karakterisering. Tests zoals microscopie, spectroscopie, en metingen van kristalliniteit en thermische stabiliteit bevestigden de resultaten. De analyse toonde aan dat de ChNPs een stabiele nanogrootte, duidelijke kristalliniteit en een hoge mate van thermische stabiliteit bezitten. Dit wijst op een robuust en betrouwbaar eindproduct.

Cruciaal voor de Zee en Aquacultuur

De nanodeeltjes vertoonden in laboratoriumtests een duidelijke antibacteriële werking tegen veelvoorkomende vispathogenen, waaronder Aeromonas hydrophila. Bovendien werden significante antioxidatieve eigenschappen aangetoond middels DPPH-tests en het wegvangen van H₂O₂. Dit biedt een veelbelovende route voor de aquacultuursector: minder afhankelijkheid van zware, synthetische chemicaliën en meer gebruik van lokale, bio-gebaseerde oplossingen uit lokale grondstoffen.

Wat dit onderzoek extra relevant maakt, is de beschrijving van een model voor de circulaire economie. De auteurs positioneren dit proces expliciet als een manier om zeemateriaal dat anders afval zou zijn, om te vormen tot een waardevolle bron voor zowel biologie als materiaalkunde, alles binnen één geïntegreerd platform.

Biocompatibiliteit en de Brug naar Biomedische Toepassingen

Een eerste screening op NIH 3T3-cellen wees uit dat de ChNPs een hoge mate van biocompatibiliteit vertonen op in vitro niveau. Dit ondersteunt het idee dat deze nanodeeltjes in de toekomst kunnen worden ingezet als dragers voor actieve stoffen of als basis voor zachte biomaterialen. De onderzoekers benadrukken echter dat er nog vervolgstappen nodig zijn. Er is behoefte aan verdere verificatie op diverse celculturen en in vivo, evenals een plan voor opschaling van de productie.

Een Composiet voor Voedselbehoud

De toepassingen reiken verder dan de zee. In het kader van het tegengaan van voedselverspilling ontwikkelden de wetenschappers een composiet hydrogel van chitosan en carboxymethylcellulose (CMC). Deze gel werd getest als een natuurlijke coating voor fruit na de oogst. Dit sluit een andere cirkel van duurzaamheid: het verminderen van post-oogst verliezen.

Hoewel chitosan al in de 19e eeuw werd beschreven (door Rouget in 1859), is het nu pas echt het 'materiaal van de 21e eeuw'. De reden hiervoor is de combinatie van eigenschappen: het is biologisch afbreekbaar, biocompatibel en uitstekend geschikt voor vormengineering, wat in sommige onderzoeksrichtingen zelfs perspectieven biedt voor reologie en 3D-printen.