- Источник:
AI
Многие пластиковые изделия используют всего несколько минут, но сам материал может оставаться в окружающей среде десятилетиями и даже столетиями. Сейчас ученые работают над другим подходом к решению этой проблемы: они разрабатывают «живые» пластмассы, которые содержат спящие микроорганизмы, способные при активации разлагать окружающий их полимерный материал.
Китайские ученые, статья которых опубликована в журнале , создали саморазрушающийся «живой» пластик, который с помощью генетически модифицированных бактерий полностью распадается всего за шесть дней, не образуя при этом микропластика, что потенциально может стать новым решением проблемы одноразовых пластиковых отходов.
Исследователи использовали бактерию Bacillus subtilis (сенную палочку), которая естественным образом вырабатывает фермент, расщепляющий длинные полимерные цепи на более мелкие фрагменты. Для того, чтобы процесс шел более эффективно, ученые генетически модифицировали бактерию таким образом, чтобы она производила не один, а два расщепляющих полимеры фермента, которые работают вместе.
Первый фермент разрезает длинные полимерные цепи в случайных точках, превращая их в более короткие участки. Второй фермент продолжает процесс, расщепляя эти фрагменты на отдельные мономерные строительные блоки.
Спящие споры модифицированной B. subtilis были внедрены в поликапролактон (полимер, часто используемый в 3D-печати и некоторых хирургических шовных материалах). Полученный «живой» пластик обладал механическими свойствами, аналогичными обычным поликапролактоновым пленкам. Он оставался прочным и функциональным в нормальных условиях, то есть добавление спор не привело к значительному ослаблению материала.
Для активации бактерий команда добавила к пленке питательный бульон, нагретый до 50 °C. Споры активизировались и начали вырабатывать два фермента. Поскольку ферменты работали последовательно, материал не просто рассыпался на более мелкие пластиковые фрагменты, а в течение шести дней полностью разложился на основные строительные блоки. При этом процесс был достаточно эффективным, чтобы предотвратить образование во время разложения частиц микропластика.
«Внедрение этих микробов позволило пластику фактически „оживать“ и саморазрушаться по команде, превращая прочность из проблемы в программируемую характеристику», — объяснил один из авторов разработки Чжуоцзюнь Дай.
Чтобы продемонстрировать возможное практическое применение этой разработки, исследователи изготовили носимый пластиковый электрод из «живого» материала. Устройство работало как положено, а затем полностью разложилось в течение двух недель после активации.
«Живой» пластик, в конечном итоге, можно будет использовать в продуктах, которые должны оставаться прочными в течение ограниченного времени, но не должны сохраняться после утилизации, пояснили исследователи.
Сейчас команда надеется разработать метод, который активирует бактериальные споры в воде, где накапливается значительная часть пластикового загрязнения.
Кроме того, хотя эксперименты были сосредоточены на одном полимере, исследователи считают, что общую стратегию можно адаптировать и для других материалов, включая пластик, широко используемый в одноразовых изделиях.
Мы бы опробовали одноразовую посуду с добавлением сенной палочки. Сразу после того, как увидим мост из частиц, скрепленных подобно клубку канцелярских скобок.
