دانشمندان پلاستیک های زنده ای تولید کردهاند که میتوان آنها را طوری برنامهریزی کرد که در صورت فعال شدن محرک، خود را تجزیه کنند. بسیاری از اقلام پلاستیکی برای یکبار استفاده ساخته میشوند، اما مواد تشکیلدهنده آنها میتوانند تا سالها در محیط زیست باقی بمانند. محققان در حال بررسی رویکرد متفاوتی هستند: پلاستیکهای زنده؛ موادی که با میکروبها ساخته میشوند و در صورت نیاز میتوان آنها را برای تجزیه کردن پلیمر فعال کرد.
در مطالعهای که در نشریه ACS Applied Polymer Materials منتشر شده است، یک تیم تحقیقاتی از دو سویه باکتریایی همکار استفاده کردند تا پلاستیک را تنها در شش روز و بدون تولید ریزپلاستیک (میکروپلاستیک)، بهطور کامل تخریب کنند.
پلاستیکها میتوانند خودبهخود نابود شوند
ژوژون دای (Zhuojun Dai)، یکی از نویسندگان مسئول این مقاله، توضیح میدهد:
این درک که پلاستیکهای سنتی قرنها پایداری مییابند، در حالیکه بسیاری از کاربردهای آنها مانند بستهبندی، کوتاهمدت هستند، ما را با این سؤال مواجه کرد: آیا میتوانیم قابلیت تجزیه را مستقیماً در چرخه عمر این مواد بگنجانیم؟
برخی از میکروبها آنزیمهایی تولید میکنند که میتوانند زنجیرههای بلند پلیمری را به قطعات کوچکتر برش دهند. از آنجاییکه پلاستیکها نوعی پلیمر هستند، محققان میتوانند پتانسیل قرار دادن این آنزیمها – یا میکروبهای تولیدکننده آنها – را مستقیماً درون مواد پلاستیکی زنده بررسی کنند.
دای توضیح میدهد:
با جاسازی این میکروبها، پلاستیکها میتوانند به طور موثری “زنده” شوند و با فرمان ما خودبهخود نابود شوند؛ به این ترتیب، دوام و ماندگاری پلاستیک از یک مشکل، به یک ویژگی قابل برنامهریزی تبدیل میشود.
دو آنزیم کار را تمام کردند
تلاشهای قبلی بیشتر به یک آنزیم متکی بود، اما دای، جین گنگ (Jin Geng)، دیانپنگ چی (Dianpeng Qi) و همکارانشان هدفشان این بود که فرآیند تجزیه را کارآمدتر کنند. آنها باکتری باسیلوس سابتیلیس (Bacillus subtilis) را مهندسی کردند تا دو آنزیم مخرب پلیمر تولید کند که بهصورت متوالی کار میکنند. یک آنزیم، زنجیرههای بلند پلیمری را در نقاط تصادفی به تکههای کوچکتر برش میدهد، در حالیکه آنزیم دوم، آن تکههای کوچکتر را از انتها به واحدهای سازنده اولیه آنها یعنی مونومرها تجزیه میکند.
محققان هاگهای (اسپورهای) خفته باکتری ب. سابتیلیس را با پلیکپرولاکتون (پلیمری رایج در پرینت سهبعدی و برخی از بخیههای جراحی) ترکیب کردند که این امر باعث شد میکروبها تا زمان فعالسازی محافظت شوند. پلاستیک زنده حاصل، خواص مکانیکی نزدیکی به فیلمهای پلیکپرولاکتون معمولی داشت.
هنگامیکه محققان یک محیط کشت مغذی گرمشده با دمای ۱۲۲ درجه فارنهایت (۵۰ درجه سانتیگراد) را اضافه کردند، هاگها فعال شدند و پلاستیک را ظرف شش روز بهطور کامل به واحدهای سازنده اصلیاش تجزیه کردند. از آنجاییکه این دو آنزیم بسیار مؤثر با هم کار میکردند، این فرآیند از تولید ذرات ریزپلاستیک در حین تجزیه جلوگیری کرد.
دستگاههای اولیه نیز تجزیه شدند
به عنوان یک نمونه اولیه، این تیم یک الکترود پلاستیکی پوشیدنی از این پلاستیک زنده ساخت. این دستگاه طبق انتظار کار کرد و سپس ظرف دو هفته به طور کامل تجزیه شد.
در مرحله بعد، محققان میخواهند روشی برای فعال کردن هاگها در آب ایجاد کنند، یعنی جاییکه بخش زیادی از آلودگیهای پلاستیکی در نهایت در آنجا تجمع مییابند. اگرچه این پژوهش روی یک پلیمر تمرکز داشت، اما همین استراتژی کلی را میتوان برای پلاستیکهای دیگر، از جمله موادی که اغلب در محصولات یکبار مصرف استفاده میشوند، سازگار کرد.
منبع: Scitechdaily
