Vytváření biologicky rozložitelného „živého plastu“

Elektrody vyrobené z komerčně dostupného plastu (horní řada) se hůře rozkládají než elektrody vyrobené z „živého plastu“ (dolní řada). Foto: ACS

Některé mikroorganismy (bakterie, houby) jsou schopny rozkládat dlouhé polymerní řetězce (plasty, bioplasty) vylučováním specifických extracelulárních enzymů. Na základě tohoto mechanismu vědci geneticky modifikovali spory Bacillus subtilis tak, aby produkovaly enzymy degradující plasty, a poté je přímo naočkovali do původního plastového materiálu. Tyto mikroorganismy zůstanou v latentním stavu, dokud nebudou aktivovány horkým „živným roztokem“, načež plast během několika dní zcela spotřebují a nezanechají po sobě žádné mikroplastové částice.

Není to poprvé, co vědci používají mikroorganismy k rozkladu plastů. V roce 2024 byl polykaprolakton (PCL) použit k testování schopnosti enzymu vylučovaného mikroorganismy rozkládat plasty. Mezitím v USA výzkumný tým na Kalifornské univerzitě také vytvořil vysoce elastický TPU plast obsahující mikrobiální spory, které se mohou rozložit při likvidaci na skládkách.

Inovace hongkongských vědců však spočívá ve dvou aspektech. Zaprvé, místo aby se spoléhali na jediný enzym pro rozklad polymeru, modifikovali kmeny Bacillus subtilis tak, aby produkovaly dva enzymy, které fungují synergicky a vzájemně se doplňují. Konkrétně jeden enzym rozkládá dlouhé polymerní řetězce a narušuje jejich původní strukturu, zatímco druhý enzym je rozkládá. Ve srovnání s metodou s jedním enzymem je přístup s dvěma enzymy výrazně účinnější a téměř úplně rozloží PCL za pouhých 6 dní.

Druhá inovace spočívá v přímém zabudování mikrobiálních spor do základního plastového materiálu, což vede k produktu z „živého plastu“. Tento nový materiál má odolné a flexibilní mechanické vlastnosti podobné běžným PCL membránám. Když se při 50 °C přidá živný roztok jako katalyzátor, aktivuje bakteriální spory a zahájí proces rozkladu.

V experimentu vědci použili výše zmíněný „živý plast“ k vytvoření flexibilních elektrod. Výsledky ukázaly, že produkt fungoval normálně a po kontaktu s katalyzátorem se sám rozložil. Tento proces trval dva týdny, aniž by zanechal jakékoli stopy, včetně mikroplastických částic.

Vědci sice zdůrazňují významné praktické využití tohoto výzkumu, ale zároveň uznávají omezení nového typu plastu: jeho degradační proces stále závisí na podmínkách prostředí nebo katalyzátorech. Proto se snaží vyvinout aktivátory spor na vodní bázi, protože většina plastového odpadu nakonec končí v řekách, jezerech a moři. Doufají také, že novou metodu lze aplikovat nejen na PCL, ale i na jiné typy plastů, zejména na ty, které se běžně používají k výrobě jednorázových plastových výrobků.

MAI QUEN (Podle newatlas, Americké chemické společnosti)

Zdroj: https://baocantho.com.vn/tao-ra-nhua-song-tu-phan-huy-sinh-hoc-a204604.html