Ερευνητική ομάδα ανέπτυξε «ζωντανά πλαστικά» που μπορούν να προγραμματιστούν ώστε να διασπώνται μόνα τους όταν λάβουν το κατάλληλο ερέθισμα.
Πολλά πλαστικά προϊόντα κατασκευάζονται για μία μόνο χρήση, όμως τα υλικά τους μπορούν να παραμείνουν στο περιβάλλον για χρόνια ή και αιώνες. Οι ερευνητές εξετάζουν πλέον μια διαφορετική προσέγγιση: τα ζωντανά πλαστικά, δηλαδή υλικά που περιέχουν μικροοργανισμούς οι οποίοι μπορούν να ενεργοποιηθούν ώστε να αποδομήσουν το πολυμερές όταν αυτό δεν χρειάζεται πλέον.
Σε μελέτη που δημοσιεύθηκε στην επιθεώρηση «ACS Applied Polymer Materials» μια ερευνητική ομάδα χρησιμοποίησε δύο συνεργαζόμενα βακτηριακά στελέχη για να διασπάσει πλήρως το πλαστικό μέσα σε μόλις έξι ημέρες, χωρίς να παράγονται μικροπλαστικά.
Ο Ζουόντζουν Ντάι ένας από τους κύριους συγγραφείς της μελέτης εξηγεί: «Η διαπίστωση ότι τα παραδοσιακά πλαστικά παραμένουν στο περιβάλλον για αιώνες, ενώ πολλές εφαρμογές τους, όπως οι συσκευασίες, έχουν πολύ σύντομη διάρκεια ζωής, μας οδήγησε στο ερώτημα: Θα μπορούσαμε να ενσωματώσουμε τη διαδικασία αποδόμησης απευθείας στον κύκλο ζωής του υλικού;»
Ορισμένοι μικροοργανισμοί παράγουν ένζυμα που μπορούν να κόβουν τις μακριές αλυσίδες πολυμερών σε μικρότερα τμήματα. Επειδή τα πλαστικά αποτελούνται από πολυμερή, οι επιστήμονες μπορούν να ενσωματώσουν είτε αυτά τα ένζυμα είτε τα μικρόβια που τα παράγουν απευθείας μέσα στο υλικό. «Με την ενσωμάτωση αυτών των μικροοργανισμών, τα πλαστικά μπορούν ουσιαστικά να “ζωντανέψουν” και να αυτοκαταστρέφονται κατά παραγγελία, μετατρέποντας την ανθεκτικότητα από πρόβλημα σε προγραμματιζόμενο χαρακτηριστικό» αναφέρει ο Ντάι.
Η συνεργασία ενζύμων
Οι προηγούμενες προσπάθειες βασίζονταν κυρίως σε ένα μόνο ένζυμο. Οι ερευνητές επιδίωξαν να κάνουν τη διαδικασία πιο αποτελεσματική.
Γενετικά τροποποίησαν το βακτήριο Bacillus subtilis ώστε να παράγει δύο ένζυμα που λειτουργούν διαδοχικά:
- Το πρώτο ένζυμο κόβει τις μεγάλες πολυμερικές αλυσίδες σε μικρότερα τμήματα σε τυχαία σημεία.
- Το δεύτερο ένζυμο διασπά αυτά τα μικρότερα τμήματα από τα άκρα τους μέχρι να μετατραπούν στα βασικά δομικά τους συστατικά (μονομερή).
Οι ερευνητές συνδύασαν ανενεργά σπόρια του B. subtilis με πολυκαπρολακτόνη (PCL), ένα πολυμερές που χρησιμοποιείται συχνά στην τρισδιάστατη εκτύπωση και σε ορισμένα χειρουργικά ράμματα. Τα σπόρια παρέμειναν προστατευμένα και αδρανή μέχρι να ενεργοποιηθούν.
Το παραγόμενο «ζωντανό πλαστικό» παρουσίασε μηχανικές ιδιότητες παρόμοιες με εκείνες των συμβατικών μεμβρανών πολυκαπρολακτόνης. Όταν οι ερευνητές πρόσθεσαν ένα θρεπτικό διάλυμα θερμασμένο στους 50°C, τα σπόρια ενεργοποιήθηκαν και το πλαστικό αποδομήθηκε πλήρως στα βασικά του συστατικά μέσα σε έξι ημέρες. Επειδή τα δύο ένζυμα λειτουργούσαν συνεργατικά και ιδιαίτερα αποτελεσματικά, η διαδικασία δεν παρήγαγε μικροπλαστικά κατά τη διάσπαση του υλικού.
Επιτυχής δοκιμή
Ως πρώτη επίδειξη της τεχνολογίας, η ομάδα κατασκεύασε ένα φορετό ηλεκτρόδιο από το ζωντανό πλαστικό. Η συσκευή λειτούργησε κανονικά κατά τη χρήση της και στη συνέχεια αποδομήθηκε πλήρως μέσα σε δύο εβδομάδες.
Οι ερευνητές σχεδιάζουν τώρα να αναπτύξουν έναν τρόπο ενεργοποίησης των σπορίων μέσα στο νερό, καθώς εκεί καταλήγει μεγάλο μέρος της πλαστικής ρύπανσης. Παρότι η έρευνα επικεντρώθηκε σε ένα συγκεκριμένο πολυμερές, η ίδια στρατηγική θα μπορούσε στο μέλλον να προσαρμοστεί και σε άλλους τύπους πλαστικών, συμπεριλαμβανομένων πολλών υλικών που χρησιμοποιούνται σε προϊόντα μίας χρήσης.
