Новоразработена „жива пластмаса“ може да предложи обещаващ метод за намаляване на замърсяването с микропластмаси, според изследване, публикувано в списанието ACS Applied Polymer Materials. В него учените описват иновативен материал, в който са внедрени модифицирани бактериални спори. При активиране материалът се разгражда почти напълно в рамките на едва шест дни, без да образува фрагменти от микропластмаса. Изследователският екип представя тази разработка като потенциално нова стратегия за справяне с глобалното пластмасово замърсяване.
Водещият учен на изследването Чжуоджун Дай (Zhuojun Dai) споделя, че вдъхновението за работата идва от факта, че традиционните пластмаси се запазват в околната среда с векове, докато много от техните приложения, като например опаковките, имат изключително кратък живот. Осъзнаването на тази разлика кара екипа да потърси начин за залагане на разграждането директно в самия жизнен цикъл на материала.
Какво представлява „живата пластмаса“
Традиционните пластмасови материали често не се разграждат напълно в природата. Времето и атмосферните влияния ги разпокъсват на все по-малки парчета, познати като микропластмаси, които персистират в околната среда в продължение на много години. Напредъкът в синтетичната биология обаче позволява на учените да създават пластмаси, съдържащи спящи бактериални спори.
Определението „жива“ в наименованието произлиза именно от наличието на тези спори, а не от самата пластмасова матрица. Спорите остават неактивни, докато материалът се използва, но могат да бъдат активирани при специфични условия, за да произвеждат ензими, подпомагащи разграждането. За разработването на този материал учените са се обърнали към микроорганизми, които естествено произвеждат ензими, способни да разрязват дългите полимерни вериги на по-малки фрагменти.
Механизъм на пълно разграждане чрез два ензима
Авторите на изследването отбелязват, че тяхната работа не е първият пример за жива пластмаса. Това, което я прави уникална и я отличава от предишни опити, е използването на два различни ензима. При по-ранни опити е използван само един вид ензим, което е ограничавало ефективността на пълното разграждане на материала.
Екипът е модифицирал две популации от бактерията Bacillus subtilis, като всяка от тях е програмирана да произвежда един от двата ензима. Първият ензим разрязва дългите полимерни вериги на случаен принцип, натрошавайки ги на по-къси фрагменти. Вторият ензим поема тези фрагменти и разгражда техните краища до отделни молекулярни градивни блокове, които представляват точно същите компоненти, от които първоначално е била направена пластмасата.
Практически опити и лабораторни резултати
За да тестват концепцията, изследователите са инкорпорирали спящите спори от модифицираните бактерии в поликапролактон (PCL). Това е биоразградим полиестер, използван в различни продукти – от хирургически конци до материали за 3D принтиране. Полученият нов материал запазва здравината и структурата на конвенционалната пластмаса при употреба, но притежава възможност да бъде задействан да се самоунищожи, когато вече не е необходим.
Активирането на спящите спори е извършено чрез поставяне на материала в топъл хранителен бульон, загрят до около 122°F (приблизително 50°C). При тези условия спорите започват да произвеждат и двата ензима, които заедно разграждат пластмасата напълно за шест дни. Чжуоджун Дай обяснява, че чрез внедряването на тези микроби пластмасите могат ефективно да оживеят и да се самоунищожават по команда, превръщайки тяхната издръжливост от проблем в програмируема функция.
Ограничения и бъдещи предизвикателства
За момента изследването представлява доказателство за концепцията. Екипът е демонстрирал подхода, използвайки биоразградима пластмаса, а не масови конвенционални пластмаси от рода на тези, от които се правят торбички за пазаруване или бутилки за напитки.
Учените предполагат, че същата стратегия може в бъдеще да бъде адаптирана и към други полимери, особено такива за еднократна употреба, но това все още предстои да бъде тествано практически. Друго основно предизвикателство е разработването на методи за задействане и активиране на внедрените спори извън лабораторна среда, включително във водни среди.
Източник: Food & Wine
