Teaduskommunikatsiooni juht
Iga päev visatakse ära tuhandeid tonne munakoori, mida saaks taaskasutada ortopeedilistes bioimplantaatides – see aitaks edendada ringmajandust ja vähendada keskkonnamõjusid, selgub Tallinna Tehnikaülikooli doktorant-nooremteaduri Riddhi Hirenkumar Shukla teadustööst.
Munad kuuluvad inimeste igapäevase toidu juurde. Kui munakollane ja selle ümber olev õhuke valgukiht ehk albumiin on toiduainetetööstusele kasulikud ning olulised komponendid, siis kümnendiku munast moodustab keraamiline koor, mida ei proovita täiendavalt väärindada. Heal juhul jõuavad koored purustatuna kanade toidulauale, et katta nende kaltsiumivajadust. Suurem osa visatakse aga terves maailmas lihtsalt ära – iga päev läheb prügisse ligikaudu 2000 tonni munakoori.
Samas leidub munakoortes rikkalikult mitmeid olulisi elemente. Peamiselt koosnevad need kaltsiumkarbonaadist ning teistest kaltsiumiühenditest ja mikroelementidest, näiteks naatriumist, kaaliumist, magneesiumist ja strontsiumist. Tähelepanuväärsel kombel sisaldab looduslik luu sarnases koguses kaltsiumkarbonaati ja eelnimetatud mikroelemente. “Munakoorte äraviskamine ei põhjusta ainult väärtuslike elementide kadu, vaid tekitab ühiskonnale ka olulisi jäätmekäitlusprobleeme,” nentis Riddhi Hirenkumar Shukla.
Vedelema jäänud koored võivad soodustada haigusi põhjustavate bakterite ja seente kasvu. “Veelgi enam – prügilasse ladestamine maksab raha ja munakoortes leiduva orgaanilise aine lagunemisel tekivad halvalõhnalised gaasid, nagu ammoniaak, metaan ja vesiniksulfiid. Mikroobne toime munakoortele suurendab veelgi keskkonnaprobleeme,” nentis doktorant-nooremteadur.
Munakoorte uus elu
Munakoortele uue kasutusala leidmine valmistab vaatamata rohketele jõupingutustele tõsist peavalu. “Meie uurimistöö eesmärk ongi taaskasutada munakoorejäätmeid ortopeedilistes bioimplantaatides, mis võimaldaks edendada jätkusuutliku tootmise abil ringmajandust ja vähendada jäätmete keskkonnamõju,” märkis Shukla.
Ideel on siiski praegu omad väljakutsed. Munakoore-põhist ainet on erilist tugevust või suurt kandevõimet vajavates implantaatides – näiteks põlve- või puusaproteesides – munakoorte hapruse tõttu raske kasutada. “Probleemi lahendamiseks lisasime munakoore implantaatidesse hierarhiliselt poorset titaani (Ti),” sõnas Shukla. Poorse titaani valmistamisel kasutavad nad Shukla sõnul uusimat kihtlisandustehnoloogiat, mis võimaldab ehitada proovi kiht-kihi haaval, ühendades metallipulbreid. Kuna kihid on väga õhukesed, kuni 30–50 mikronit, saab luua keerulisi geomeetriaid ilma materjalijäätmeteta.
3D renderdus inimese vaagnast | Pilt: Alex Shuper/Unsplash
Pärast titaanstruktuuri ehitamist täidetakse poorid munakoortega, kasutades veel üht uudset tehnoloogiat – sädeplasma paagutamist. Katsetes paagutasid teadlased munakoorepulbrit kuuel erineval temperatuuril, alates 250 kraadist ja lõpetades 1000 kraadiga. Analüüsi tulemusel leidsid nad, et kõige parema tiheduse ja kõvaduse sai juhul, kui sädeplasma paagutamistemperatuur oli 850 kraadi Celsiuse järgi. “Nende kahe materjali kombinatsioon on ülioluline, kuna poorne titaan tagab struktuurilise tugevuse, munakoor aga suurendab bioaktiivsust,” selgitas Shukla.
Bioaktiivsus tähendab, et kunstlikul implantaadil on võime ühilduda loodusliku luuga. “Titaani- ja muud metallipõhised bioimplantaadid on tavalised, aga bioinertsed. See tähendab, et need ei integreeru kergesti loodusliku luuga. Lisaks võivad sellised implantaadid saastuda operatsiooni ajal või varem bakteritega, mis põhjustavad inimesele suurt kahju. Mõnel juhul vajavad patsiendid pikaajalist antibakteriaalset ravi,” sõnas doktorant-nooremteadur.
Üheskoos suurendavad bioinertsus ja bakteriaalse infektsiooni oht võimalust, et patsiendile tuleb teha läbi valus ja kulukas operatsioon. Siinkohal võikski tulla appi Tehnikaülikooli teadlaste loodud moodus valmistada munakoortest komposiit-bioimplantaate.
Uuringuga saab tutvuda ajakirjas Journal of Alloys and Compounds. Teadusartikli teised autorid on Tallinna Tehnikaülikooli teadlane Konda Gokuldoss Prashanth ja Rathinavelu Sokkalingam Rootsi Karlstadi Ülikoolist.
