Дослідники представили новий тип матеріалу, здатний самостійно розкладатися за сигналом. В основі розробки — звичайний полімер, у який вбудовані «сплячі» мікроорганізми. Поки вони неактивні, матеріал поводиться як звичайний пластик. Але за певних умов бактерії «прокидаються» і запускають процес розкладання, передає dx.doi.org.
Бактерії, що «сплять» у пластику
Мова йде про бактерії Bacillus subtilis, здатні переходити у форму спор. У такому стані вони можуть довго зберігатися всередині матеріалу, не впливаючи на його властивості.
Чому одного ферменту виявилося недостатньо?
Раніше подібні спроби вже робилися, але частіше використовувалися або окремі ферменти, або один штам бактерій. Ефект був обмеженим.
У новій роботі вчені пішли іншим шляхом і створили «консорціум» — систему з двох взаємодіючих компонентів. Кожна бактерія була запрограмована на виробництво свого ферменту.
Один з них діє як грубий «різак», розриваючи довгі полімерні ланцюги на короткі фрагменти. Другий працює повільніше, але доводить процес до кінця, розщеплюючи ці фрагменти до базових молекул.
Ключовий результат
Таке поєднання виявилося принципово важливим. У експериментах матеріал повністю розпався всього за шість днів, і, що принципово, без утворення мікропластику. Це один із ключових результатів, оскільки саме мікропластик вважається однією з найскладніших для усунення форм забруднення.
Як запускається процес?
Щоб «увімкнути» розкладання, дослідники використали нагрівання та поживне середовище. При температурі близько 50 градусів спори активувалися і починали виробляти ферменти.
До цього моменту пластик зберігав звичайні механічні властивості і нічим не відрізнявся від стандартних матеріалів на основі полікапролактону — полімеру, який застосовують, наприклад, у 3D-друку та хірургічних нитках.
Перевірка в реальних умовах
Як демонстрацію команда створила носійний пластиковий електрод, здатний зчитувати сигнали м’язів людини. Пристрій працював як звичайний, а потім повністю розклався приблизно за два тижні.
Це показує, що матеріал можна використовувати в електроніці та медицині без втрати функціональності.
Чому потрібно змінити ставлення до проблеми?
Автори наголошують, що ключова ідея — змінити сам підхід до пластику.
«Вбудовуючи ці мікроорганізми, можна ефективно „оживити“ пластмаси і змусити їх саморуйнуватися за командою, перетворивши проблему довговічності на програмовану характеристику», — зазначив один із авторів Чжуоцзюнь Дай.
Він додав, що сама постановка завдання виникла з очевидного протиріччя:
«Усвідомлення того, що традиційні пластмаси зберігаються століттями, у той час як багато сфер застосування, наприклад, упаковка, недовговічні, змусило нас запитати: чи можемо ми закласти процес деградації безпосередньо в життєвий цикл матеріалу?».
Перспективи технології
Поки технологія перевірена на одному типі пластику, але, як зазначають вчені, принцип можна розширити й на інші матеріали. У перспективі дослідники хочуть створити системи, які активуватимуться, наприклад, у воді — саме туди потрапляє значна частина пластикових відходів.