Вчені розробили «живий» пластик, що розкладається без утворення мікропластику

Джерело: New Atlas

Науковці з Китайського університету Гонконгу створили “живий” пластик, який може саморуйнуватися після активації спеціальним розчином. Для цього дослідники вбудували в матеріал мікроорганізми, здатні розкладати пластик ізсередини, не залишаючи мікропластику.

Результати дослідження опублікували в журналі Applied Polymer Materials.

Пластик може розкладатися сотні років, а деякі його види – до тисячі. При цьому навіть після руйнування він залишає мікропластик, який накопичується у воді, ґрунті та живих організмах. Саме ця проблема стала відправною точкою нового дослідження.

“Усвідомлення того, що традиційний пластик зберігається століттями, тоді як багато виробів, наприклад пакування, використовуються дуже короткий час, підштовхнуло нас до запитання: чи можемо ми закласти механізм розкладання безпосередньо в життєвий цикл матеріалу?” – пояснив один з авторів роботи Чжуоцзюнь Дай.

У центрі технології – бактерії Bacillus subtilis. Дослідники модифікували їхні спори так, щоб ті виробляли ферменти для розкладання пластику, після чого вбудували неактивні мікроорганізми безпосередньо в пластиковий матеріал.

Спори залишаються “сплячими”, доки не контактують із гарячим поживним розчином температурою 50 °C. Після активації бактерії починають виділяти ферменти, які поступово руйнують пластикову структуру зсередини.

Матеріалом для експерименту став полікапролактон (PCL) – пластик, який уже вважається біорозкладним. Однак автори дослідження зазначають, що їхній метод відрізняється від попередніх підходів.

Більшість ранніх досліджень використовували лише один фермент для руйнування полімерів. У новій роботі команда створила два окремі штами Bacillus subtilis, які виробляють різні ферменти та працюють разом.

Перший фермент швидко розрізає довгі полімерні ланцюги в багатьох місцях і послаблює структуру пластику. Другий розщеплює отримані фрагменти на менші молекули, які потім можуть переробляти мікроорганізми.

За словами дослідників, система з двох ферментів виявилася значно ефективнішою за методи з одним ферментом і дозволила майже повністю розкласти пластикову матрицю за шість днів.

Ще однією особливістю стало те, що спори бактерій вбудували прямо в пластик. Завдяки цьому матеріал фактично став “живим” і отримав здатність до саморуйнування після активації.

При цьому механічні властивості нового матеріалу залишилися подібними до звичайного PCL-пластику.

Щоб перевірити технологію на практиці, команда створила з нового матеріалу носимий електрод. Після додавання поживного розчину він повністю розклався за два тижні, не залишивши мікропластику.

Водночас дослідники визнають, що технологія поки має обмеження. Нині вона працює лише з PCL – пластиком, який і без того здатний біологічно розкладатися. Крім того, саморозкладання не запускається автоматично: для цього потрібен спеціальний поживний розчин.

Автори також наголошують, що подібні дослідження “живого” пластику вже проводилися раніше, однак саме використання двох ферментів дозволило значно прискорити процес руйнування матеріалу.

Крім того, як і у випадку з більшістю біорозкладних пластиків, швидкість розкладання сильно залежить від навколишнього середовища. Без активації спеціальним розчином матеріал поводиться майже як звичайний пластик.

Попри це, дослідники вважають технологію перспективною. Зараз команда працює над створенням активатора на водній основі, оскільки значна частина пластикового забруднення потрапляє саме у водойми.

Також науковці планують адаптувати технологію для інших типів пластику, особливо тих, які використовуються у виробництві одноразових товарів.

• Дослідники з Единбурзького університету використали бактерії, щоб перетворити пластикові відходи на препарат для лікування хвороби Паркінсона. У роботі застосували підхід, який називають біоапсайклінгом.

• "живий" пластик,
• вчені,
• дослідження,
• мікропластик,
• пластик