Frustuler från kiselalger, ett biobaserat och hållbart bärarmaterial med bred tillämpningspotential inom kontrollerad frisättning – steg 1

Projektet pågick mellan juni 2023 och februari 2024.

Kontrollerad frisättning av aktiva substanser är en teknik som används i olika produkter såsom båtbottenfärg, sårvårdsprodukter och inom personal care (hudvård, tvål, schampo, produkter för naglar med mera). Syftet med den kontrollerade frisättningen är att de aktiva substanserna i produkten ska frisättas under en längre tid för att ge en produkt som ger långvarig effekt. De bärarmaterial som finns tillgängliga på marknaden idag och som används för kontrollerad frisättning av aktiva substanser är antingen fossilbaserade eller framställs genom processer som är energi-intensiva och där icke miljövänliga lösningsmedel används.

Bild på en ”frustul” – silica skalet som används för att inkapsla aktiva substanser och frisätta dem.

Projektets syfte var att utvärdera materialet Algica®- ett hållbart och biobaserat silicamaterial utvunnet från kiselalger – som ett potentiellt bärarmaterial för aktiva substanser inom tillämpningsområden som sårvård, båtbottenfärg och personal care. Genom att ersätta fossilbaserade och ej miljövänliga material med Algica® bidrar projektet till FN:s globala mål för hållbar utveckling, särskilt mål 12 – Hållbar konsumtion och produktion och mål 13 – Bekämpa klimatförändringarna.

Projektets övergripande mål var att ge underlag för vidare utveckling av hållbar kontrollerad frisättning med Algica®. Detta inkluderade tekniska-, marknadsmässiga- och hållbarhetsperspektiv. Detta för att förstå inom vilket område som Algica® har bäst marknadspotential.

Deltagare

Swedish Algae Factory’s produktionsanläggning i Kungshamn.

Swedish Algae Factory AB, RISE Research Institutes of Sweden, I-tech AB och Amicoat AS.

Projektet delades in i flera arbetspaket:
Swedish Algae Factory (SAFAB): Som behovsägare ansvarade SAFAB för projektledning, marknads- och hållbarhetsundersökning samt att undersöka ytmodifieringar av Algica®.
RISE: Ansvarade för inkapslings- och frisättningsmätningar för de aktiva substanserna.
I-Tech AB och Amicoat AS: Levererade sina aktiva substanser för testning och bidrog kunskap från sina respektive industrier och tilltänkta tillämpningsområdena.

Budget

Projektets budget var knappt 1 MSEK.

Därför var detta viktigt

Kontrollerad frisättning är numera ett måste för att effektivisera produkter men även för att minska användning och utsläpp av läkemedel och biocider. Idag sker kontrollerad frisättning med hjälp av bland annat fossila och mindre miljövänliga bärarmaterial. Genom att använda ett biobaserat material från kiselalger, ges möjligheten för producenter och slutanvändare att välja ett minst lika effektivt men ett mer hållbart alternativ.

Förväntat resultat

Målet med projektet var att göra en ”proof-of-concept” studie för att visa på om Algica® skulle kunna fungera för inkapsling och kontrollerad frisättning av aktiva substanser samt för att undersöka marknadspotentialen och hållbarhetsaspekten av att använda Algica® som bärarmaterial.

Konkreta resultat

Swedish Algae Factory odlar kiselalger och utvinner deras mesoporösa silicaskal (även kallade frustuler). Materialet säljs idag under varumärket Algica®. Frustulerna har en stor ytarea samt en väldefinierad komplex porstruktur. Hypotesen var att egenskaperna hos Algica® skulle göra materialet väl lämpat för inkapsling och kontrollerad frisättning av olika substanser. Denna hypotes har validerats i projektet.
Målet är att Algica skall fungera som en bärarstruktur för kontrollerad frisättning, där tidsspannet för frisättningen skiljer sig åt mellan de olika applikationer. I produkter inom personal care, exempelvis ansiktsserum och ansiktskrämer, är ett rimligt frisättningsmål 8–10 timmar (under en dag/natt). I sårvårdsprodukter behövs frisättning från några dagar upp till två veckor mellan tex. byte av sårförband och i båtbottenfärg för sjöfartsindustrin är målet att frisättningen av biociden ska ske under tre till fem år. Projektet uppnådde en god inkapslingsgrad på mellan 4–7 % av substanserna Selektope, AMC-109 samt retinol. I projektet påvisades också en kontrollerad frisättning under en veckas tid av AMC-109.

Projektet har fokuserat på inkapsling och kontrollerad frisättning, men andra egenskaper kan också vara viktiga för val av material i en slutapplikation. Algica® säljs till kunder inom personal care där materialet hjälper till att bibehålla fukt, samtidigt som materialet effektivt kan absorbera olja, svett, sårvätska och vatten. Detta är exempel på egenskaper som skulle kunna ge Algica® en extra fördel jämfört med andra bärarmaterial. Utöver den tekniska utvärderingen gjordes en marknadsanalys i projektet. Några viktiga slutsatser för varje marknad finns listade nedan.

”Personal Care”
Personal Care-industrin är en stor marknad som drivs av nya, innovativa, cirkulärt framställda och miljövänliga ingredienser. I projektet har en handfull industriaktörer bekräftat att inkapsling av aktiva ingredienser inom personal care är en växande marknad och det finns idag en stor efterfrågan på inkapsling av aktiva ingredienser.

Sårvård
Globalt finns det ett växande behov av hjälpmedel för att påskynda effektiv sårläkning av svåra och kroniska sår. Industrin visar på ett stort intresse från aktörer som arbetar med innovation för att lösa detta globala problem. Inkapsling och kontrollerad frisättning av aktiva substanser kan vara en av lösningarna till en mer effektiv sårläkning. Under projektet har diskussioner förts med världsledande företag inom sårvårdsindustrin som bekräftar problemet och det ökande behovet av effektiva och hållbara sårvårdsprodukter.

Antifouling (båtbottenfärg)
Giftiga och miljöfarliga båtbottenfärger används ofta på fartyg runt om i världen. En ökad efterfrågan och hårdare legala förändringar gör att mer hållbara båtbottenfärger med färre starka kemikalier driver marknaden framåt. Förändringar som behövs för att förhindra kontaminering av hamnar och att havens ömtåliga ekosystem skadas. För att kunna behålla samma effekt över tid trots lägre koncentration av biocider skulle inkapsling och kontrollerad frisättning kunna vara en lösning.

Extern synlighet

Positiva resultat från projektet presenterades på den globala ”personal care” mässan InCosmetics Global i april 2024. Projektet ämnar även publicera resultat på vetenskapliga affischer vid globala konferenser inom personal care. Projektresultaten kommer även att presenteras direkt till kunder och andra branschpartners inom personal care, sårvård och antifouling.

Nästa steg

Efter att samtliga ”proof-of-concept”-tester inom detta projekt har visat på positiva resultat och marknadsanalysen har påvisat lovande potential för samtliga marknader, vill projektet fortsätta att undersöka användningen av kiselalger som bärarmaterial på dessa marknader.

I januari 2024 påbörjade två studenter sin masteruppsats om inkapsling och kontrollerad frisättning med hjälp av kiselalger. Handledningen för uppsatsen är uppdelad mellan Swedish Algae Factory och RISE. Det huvudsakliga målet med uppsatsen är att undersöka effekten av olika kiselalgsarter med olika specifika egenskaper inom inkapsling och kontrollerad frisättning. Under våren 2024 har RISE tillsammans med Swedish Algae Factory även lyckats frisätta retinol från Algica®.

Efter avslutat steg 1 projekt har konsortiet utvidgats till att också innefatta Selego (personal care). Konsortiet har tillsammans sökt och fått beviljat ett BioInnovation steg 2-projekt. Detta projekt har som mål att uppnå TRL 6 och kommer löpa från maj 2024 till april 2026.

Läs om Frustuler, ett biobaserat, hållbart bärarmaterial med bred tillämpning inom kontrollerad frisättning – steg 2.