Plastik od dekad pozostaje jednym z największych problemów współczesnego świata. Wiele produktów wykonanych z tworzyw sztucznych używanych jest zaledwie przez kilka minut, to mogą one później zalegać w środowisku przez setki lat. W związku z tym naukowcy szukali bardziej ekologicznych rozwiązań i wydaje się, że taka sztuka im się udała.
Czytaj też: Najważniejszy metal nowoczesnego świata dostał ulepszenie. Wieczna miedź?
Wszystko to za sprawą żywego plastiku, czyli materiału zintegrowanego z mikroorganizmami zdolnym do całkowitego rozłożenia tworzywa po otrzymaniu odpowiedniego sygnału aktywacyjnego. Na papierze wygląda to zachęcająco, ale co z praktyką? Jak się okazuje, w testach laboratoryjnych taki materiał znikał całkowicie w ciągu zaledwie sześciu dni, nie pozostawiając po sobie mikroplastiku.
O szczegółach nowej koncepcji czytamy na łamach ACS Applied Polymer Materials. Autorzy tej publikacji postawili kluczowe pytanie: czy można zaprogramować tworzywo sztuczne tak, aby samo ulegało rozkładowi po zakończeniu jego użytkowania? Nie ma się co oszukiwać, ponieważ tradycyjne plastiki są wyjątkowo trwałe, ale biorąc pod uwagę ich jednorazowy charakter, to czy możemy uznać tę wytrzymałość za zaletę?
Wykorzystując bakterię zaliczaną do gatunku Bacillus subtilis członkowie zespołu badawczego wprowadzili u niej kilka modyfikacji genetycznych. Tym sposobem sprawili, iż zaczęła produkować dwa różne enzymy odpowiedzialne za rozkład polimerów. Pierwszy z nich przecina długie łańcuchy tworzywa na mniejsze fragmenty, natomiast drugi rozkłada powstałe elementy na podstawowe składniki chemiczne. Dzięki współpracy obu enzymów proces degradacji przebiega znacznie szybciej i skuteczniej niż w dotychczasowych rozwiązaniach opartych na pojedynczym enzymie.
Następnie naukowcy umieścili uśpione zarodniki bakterii bezpośrednio w strukturze polikaprolaktonu – biodegradowalnego polimeru wykorzystywanego między innymi w druku 3D oraz niektórych szwach chirurgicznych. W stanie spoczynku mikroorganizmy pozostają całkowicie nieaktywne, a sam materiał zachowuje właściwości bardzo podobne do tradycyjnego plastiku. Oznacza to, że może być używany i przechowywany bez ryzyka przedwczesnego rozkładu.
Czytaj też: Gruz z budowy czy materiał przyszłości. Ten metal waży prawie trzy razy mniej niż powinien
Przełom następuje dopiero po aktywacji systemu. W eksperymentach badacze zastosowali specjalną pożywkę podgrzaną do temperatury około 50 stopni Celsjusza. Pod wpływem takich warunków zarodniki bakterii budziły się do życia i rozpoczynały produkcję enzymów rozkładających tworzywo od środka. Już po sześciu dniach plastik ulegał całkowitemu rozpadowi do prostych związków chemicznych będących jego podstawowymi elementami budulcowymi. Co szczególnie istotne, proces ten nie prowadził do powstawania mikroplastiku. Wielkie brawa.
Aby sprawdzić praktyczne możliwości nowego materiału, jego twórcy opracowali prototyp elastycznej elektrody przeznaczonej do noszenia na ciele. Urządzenie działało zgodnie z założeniami i skutecznie rejestrowało sygnały mięśniowe. Po zakończeniu testów rozpoczął się proces degradacji. W ciągu około dwóch tygodni plastikowa część urządzenia całkowicie zniknęła, pozostawiając jedynie metalowe elementy elektroniczne. Wyobrażam sobie, jak w przyszłości mogłoby to ułatwić recykling elektroniki oraz ograniczyć ilość odpadów trafiających na wysypiska. Oczywiście to wciąż wczesny etap rozwoju projektu, ale warto o nim pamiętać, bo może na dobre przemodelować naszą przyszłość.
Źródło: ACS Applied Polymer Materials
