Ученые из Университета Торонто создали материал, который может стать безопасной заменой привычным антипригарным покрытиям для посуды. Новая разработка отталкивает воду и жир не хуже стандартных составов, но содержит гораздо меньше PFAS — группы химических веществ, вызывающих серьезные опасения у экологов и врачей.

Подробности опубликованы в издании Nature Communications.

Профессор Кевин Головин, руководитель лаборатории DREAM, объясняет:

Научное сообщество давно ищет безопасную альтернативу PFAS. Проблема в том, что создать материал, одинаково хорошо отталкивающий и воду, и масло, чрезвычайно сложно. До сих пор существовал потолок для подобных разработок.

История антипригарных покрытий началась в конце 1930-х с тефлона (PTFE). Это вещество стало эталоном благодаря способности отталкивать любые жидкости. Тефлон относится к обширному семейству PFAS — молекул с цепочками атомов углерода, окруженных фтором. Именно прочные связи углерода и фтора обеспечивают антипригарные свойства.

Но эта же прочность превращает PFAS в «вечные химикаты» — они практически не разлагаются в природе. Хуже того, они накапливаются в живых организмах, концентрируясь по мере движения вверх по пищевой цепи. Исследования связывают воздействие больших доз PFAS, особенно длинноцепочечных, с онкологией, врожденными дефектами и другими проблемами со здоровьем.

Несмотря на риски, отказаться от PFAS почти невозможно: они встречаются в водоотталкивающей одежде, пищевой упаковке и даже косметике.

Наша альтернатива PFAS — полидиметилсилоксан, или PDMS, известный как силикон, — продолжает Головин. — В определенных формах он биосовместим и используется даже в имплантах. Но до сих пор ему не хватало эффективности против жиров.

Аспирант Сэмюэл Ау нашел решение, разработав метод «нанoscale fletching» (нанострелковое оперение). „Мы прикрепляем короткие цепи PDMS к основе, словно щетинки к щетке, — рассказывает Ау. — Чтобы усилить отталкивание масел, мы добавили к концу каждой „щетинки“ самую короткую молекулу PFAS — один атом углерода с тремя атомами фтора. Под нанометровым микроскопом это напоминает оперение стрелы“.

Исследователи нанесли покрытие на ткань и протестировали с различными маслами. По шкале Американской ассоциации текстильных химиков материал получил высший балл 6, показав эффективность на уровне стандартных PFAS-покрытий.

Мы использовали PFAS, но самую короткую молекулу, которая не накапливается в организме, — подчеркивает Головин. — Регуляторы в первую очередь запрещают длинноцепочечные PFAS, а короткие считаются менее опасными. Наш гибридный материал сохраняет производительность, но значительно безопаснее.

Ученые готовы к сотрудничеству с производителями покрытий для масштабирования технологии. Но работа продолжается:

Святой Грааль для нас — материал, превосходящий тефлон, но вообще без PFAS. Мы еще не достигли цели, но сделали важный шаг.

Реальная польза этого исследования многогранна. Прежде всего, оно предлагает конкретный путь для снижения экологической нагрузки — переход на короткоцепочечные PFAS, которые значительно менее стойки в окружающей среде. Для производителей это шанс на заблаговременную адаптацию к ужесточающемуся регулированию. Для потребителей — потенциальное снижение риска хронического воздействия вредных веществ через посуду и упаковку. Это не панацея, но важный прагматичный шаг в переходный период, пока не будут найдены полностью бесфторные решения.

Основное замечание касается самой сути подхода: исследование не отказывается от PFAS, а лишь минимизирует их использование. Даже короткоцепочечные PFAS, такие как трифторметил-группа (-CF3), остаются персистентными загрязнителями. Их полное разложение и долгосрочное воздействие на экосистемы изучены недостаточно. Существует риск, что массовое применение таких гибридных материалов приведет к накоплению в окружающей среде новых, хоть и менее опасных, но все же «вечных» химикатов. Таким образом, работа решает проблему биоаккумуляции, но не решает фундаментальную проблему персистентности.

Ранее ученые выяснили, как защитить себя и животных от токсинов.