Науковці здійснили прорив у сфері екологічних матеріалів, створивши інноваційний «живий пластик» — полімер, здатний до програмованого самознищення. Цей підхід може докорінно змінити боротьбу з глобальним пластиковим забрудненням, адже більшість пластикових виробів використовуються лише раз, а розкладаються сторіччями.
Про це розповідає KURAZH
Принцип роботи «живого пластику»
Ключовою ідеєю розробки стало прагнення скоротити життєвий цикл пластику до розумних термінів. Дослідники впровадили у матеріал спеціальні мікроорганізми, які здатні запускати процес руйнування полімеру за необхідності. У публікації журналу ACS Applied Polymer Materials описано, як дві взаємодіючі бактеріальні культури повністю розклали зразок пластику лише за шість днів без утворення мікропластику.
Один з авторів дослідження, Чжоюнь Дай, наголошує, що традиційні полімери зберігаються у природі століттями, хоча їхній фактичний термін експлуатації — лічені дні чи тижні. З огляду на це, команда вирішила інтегрувати у структуру пластику бактерії, які природно виробляють ферменти для розщеплення довгих полімерних ланцюгів.
«Таким чином пластик ніби “оживає” і може самознищуватися за командою, перетворюючи довговічність із проблеми на керовану властивість», — зазначає Дай.
Два ферменти для повного розкладання
Попередні досліди з біорозкладними матеріалами зазвичай залучали лише один фермент, що обмежувало їхню ефективність. Однак у новій розробці вчені модифікували бактерію Bacillus subtilis, яка продукує одразу два різні ферменти. Перший фермент випадково розщеплює довгі полімери, а другий — розкладає отримані фрагменти до мономерів, тобто до найпростішої форми.
Для безпечного використання бактерії у формі спор помістили у полікапролактон — полімер, що широко застосовується у 3D-друку та медичних виробах. У такому стані мікроорганізми залишаються неактивними до моменту активації. Після додавання живильного розчину, підігрітого до 50 °C, бактерії активізувалися та за шість днів повністю зруйнували матеріал. Показово, що під час розкладання не виникало мікропластикових часток.
Для демонстрації можливостей технології команда навіть створила носимий електрод із «живого пластику»: пристрій працював у звичайному режимі, а згодом розклався за два тижні.
Надалі дослідники планують розробити механізм активації подібних матеріалів у водному середовищі, оскільки саме у водоймах нагромаджується найбільша кількість пластикових відходів. Хоча наразі технологія протестована лише на одному типі полімеру, вона може бути адаптована для інших пластиків, зокрема тих, що використовуються у одноразовій продукції. Якщо ця ідея буде втілена у масове виробництво, пластик майбутнього зможе повністю зникати за необхідності, вирішуючи нагальну екологічну проблему.
