Китайські вчені створили живий пластик, який розкладається за командою — ACS Applied Polymer Materials

Вчені з Китайського університету у Гонконзі створили живий пластик, який розкладається за командою.

Пластикові відходи залишаються однією з ключових проблем для людства, адже цей матеріал може розкладатись протягом тисячоліть, залишаючи по собі токсичні мікрочастинки. У зв’язку з цим китайські дослідники додали у пластик мікроорганізми, здатні поглинати його. Мікроорганізми залишаються неактивними, поки не будуть “пробуджені” гарячим “живильним” середовищем, після чого повністю поглинуть пластик буквально за кілька днів.

“Усвідомлення того, що традиційні пластмаси зберігаються століттями, тоді як багато сфер їх застосування, наприклад, упаковка, мають короткий термін служби, змусило нас запитати себе: чи можемо ми закласти процес деградації безпосередньо в життєвий цикл матеріалу?”, — пояснює один з провідних авторів Чжуоцзюнь Дай.

Деякі мікроорганізми мають ферменти для розщеплення довгих полімерних ланцюгів. Дослідники модифікували спори Bacillus subtilis, щоб ті виробляли ферменти, які розкладають пластик, а потім інтегрували мікроорганізми в сплячому стані безпосередньо у пластикову матрицю.

Під впливом тепла спори пробуджуються та виділяють ферменти, які розкладають пластик зсередини. Дослідники використовували полікапролактон, який біорозкладаний сам по собі. До цього цей матеріал вже вдавалось утилізувати з допомогою ферментів від мікроорганізмів. Однак попередні спроби покладались на одну систему ферментів.

Дослідники створили окремі штами Bacillus subtilis для утворення двох ферментів, які співпрацюють під час розкладання полімерів. Один фермент розщеплює довгі полімерні ланцюги у кількох місцях, послаблюючи структуру пластику, а другий поступово розкладає окремі ланцюги на дрібніші молекули для подальшої обробки з боку мікроорганізмів.

Така двоферментна система виявилась значно ефективнішою, забезпечуючи практично повну утилізацію матриці пластикового матеріалу. Мікроорганізми та пластик утворюють єдиний, фактично живий матеріал, який має властивості аналогічно до традиційних плівок з полікапролактона.

Каталізатором для біорозкладання інноваційного пластикового матеріалу слугує поживний бульйон за температури 50 °C. Як тільки цей бульйон вступає в контакт з матеріалом, він активує спори та активізує процес біорозкладання. Для тестування технології дослідники створили електрод, що носиться з цього матеріалу та додали каталізатор. Матеріал повністю розклався за 2 тижні, не залишивши по собі частинок мікропластику.

Наразі технологія працює з полікапролактоном, який біорозкладається сам по собі. Окрім цього процес розкладання значною мірою залежить від умов навколишнього середовища. Однак подібні дослідження мають значний потенціал. Наразі науковці зосереджені на створенні каталізатора, який сприятиме розкладенню мікропластика у воді. Вони також планують перевірити ефективність власної розробки не тільки на полікапролактоні, а й на інших видах пластмас, особливо тих, що використовуються у виготовленні одноразових пластикових виробів.

Результати дослідження опубліковані у журналі Applied Polymer Materials Journal

Джерело: New Atlas