Многие пластиковые изделия предназначены для одноразового использования, но сам материал может разлагаться годами. Новая стратегия решения этой проблемы заключается в создании продуктов, которые самоуничтожаются по команде, — так называемого «живого пластика». В состав таких материалов наряду с полимерами входят активируемые микробы, разлагающие пластик. Одна из команд, представившая результаты в ACS Applied Polymer Materials, использовала два штамма бактерий, которые работали вместе и полностью разлагали материал всего за 6 дней, не образуя микропластика.
Чжуоцзюнь Дай, один из авторов статьи, объясняет: «Осознание того, что традиционные виды пластика сохраняются веками, в то время как многие сферы их применения, например упаковка, недолговечны, заставило нас задаться вопросом: можем ли мы включить процесс разложения в жизненный цикл материала?»
Многие микроорганизмы могут расщеплять длинные полимерные цепочки на более мелкие фрагменты с помощью ферментов. Поскольку пластик состоит из полимеров, ферменты или микроорганизмы, которые их вырабатывают, можно использовать для создания «живого» пластика. «Благодаря внедрению микробов пластик может "ожить" и самоуничтожиться по команде, превратив долговечность из проблемы в программируемую функцию», — объясняет Дай.
Предыдущие попытки основывались в основном на использовании одного фермента. В это раз ученые модифицировали Bacillus subtilis, чтобы она вырабатывала два взаимодействующих фермента, расщепляющих полимеры. Один фермент действует как «случайный измельчитель», разрезая длинные полимерные цепи на более мелкие фрагменты, а другой медленно расщепляет эти фрагменты на мономерные строительные блоки с обоих концов.
Ученые смешали покоящиеся споры B. subtilis с поликапролактоном (полимером, который часто используется в 3D-печати и для изготовления некоторых хирургических швов), чтобы защитить микробы до того, как они понадобятся. Получившийся «живой» пластик по своим механическим свойствам был похож на обычную пленку из поликапролактона. Однако при добавлении питательного бульона при температуре 50°C споры активизировались и всего за 6 дней разрушили пластик до самого основания. Взаимодействие ферментов было настолько эффективным, что даже предотвращало образование частиц микропластика в процессе разложения.
В качестве экспериментального образца исследователи создали носимый пластиковый электрод из «живого» пластика и обнаружили, что он работает должным образом и полностью разлагается в течение двух недель.
В ходе дальнейших исследований ученые надеются разработать способ активации спор в воде, куда попадает большая часть пластиковых отходов. И хотя эта работа была сосредоточена только на одном полимере, аналогичную стратегию можно использовать и для других видов пластика, в том числе для одноразовых изделий.
[Фото: rawpixel-com / Magnific.com]
