Elektroden aus handelsüblichem Kunststoff (obere Reihe) sind schwerer abbaubar als Elektroden aus „lebendem Kunststoff“ (untere Reihe). Foto: ACS
Bestimmte Mikroorganismen (Bakterien, Pilze) können lange Polymerketten (Kunststoffe, Biokunststoffe) durch die Sekretion spezifischer extrazellulärer Enzyme abbauen. Auf diesem Mechanismus basierend, veränderten Wissenschaftler Sporen von Bacillus subtilis gentechnisch, sodass diese kunststoffabbauende Enzyme produzieren, und gaben sie anschließend direkt in das ursprüngliche Kunststoffmaterial. Die Mikroorganismen verbleiben in einem Ruhezustand, bis sie durch eine heiße Nährlösung aktiviert werden. Danach zersetzen sie den Kunststoff innerhalb weniger Tage vollständig und hinterlassen keine Mikroplastikpartikel.
Es ist nicht das erste Mal, dass Wissenschaftler Mikroorganismen zum Abbau von Plastik einsetzen. Bereits 2024 wurde Polycaprolacton (PCL) verwendet, um die Fähigkeit eines von Mikroorganismen abgesonderten Enzyms zum Abbau des Kunststoffs zu testen. Parallel dazu entwickelte ein Forschungsteam der University of California in den USA einen hochelastischen TPU-Kunststoff, der mikrobielle Sporen enthält und sich auf Mülldeponien zersetzt.
Die Innovation der Hongkonger Wissenschaftler liegt in zwei Aspekten. Erstens: Anstatt sich auf ein einzelnes Enzym zum Abbau des Polymers zu verlassen, modifizierten sie Bacillus subtilis-Stämme so, dass sie zwei Enzyme produzieren, die synergistisch wirken und sich gegenseitig ergänzen. Konkret spaltet ein Enzym die langen Polymerketten und zerstört deren ursprüngliche Struktur, während das andere Enzym sie weiter abbaut. Im Vergleich zur Einzelenzymmethode ist der Zwei-Enzym-Ansatz deutlich effektiver und baut PCL in nur sechs Tagen nahezu vollständig ab.
Die zweite Innovation besteht in der direkten Einbettung mikrobieller Sporen in das Basismaterial aus Kunststoff, wodurch ein „lebender Kunststoff“ entsteht. Dieses neue Material besitzt langlebige und flexible mechanische Eigenschaften, ähnlich denen herkömmlicher PCL-Membranen. Durch Zugabe einer Nährlösung als Katalysator bei 50 °C werden die Bakteriensporen aktiviert und der Zersetzungsprozess eingeleitet.
Im Experiment verwendeten die Forscher den zuvor erwähnten „lebenden Kunststoff“ zur Herstellung flexibler Elektroden. Die Ergebnisse zeigten, dass das Produkt normal funktionierte und sich bei Kontakt mit einem Katalysator selbst zersetzte. Dieser Prozess dauerte zwei Wochen und hinterließ keinerlei Spuren, einschließlich Mikroplastikpartikel.
Die Wissenschaftler betonen zwar die bedeutenden praktischen Anwendungen dieser Forschung, räumen aber auch die Grenzen des neuen Kunststoffs ein: Sein Abbauprozess hängt weiterhin von Umweltbedingungen und Katalysatoren ab. Daher arbeiten sie an der Entwicklung wasserbasierter Sporenaktivatoren, da der Großteil des Kunststoffabfalls letztendlich in Flüssen, Seen und im Meer landet. Sie hoffen außerdem, dass sich das neue Verfahren nicht nur auf PCL, sondern auch auf andere Kunststoffarten anwenden lässt, insbesondere auf solche, die häufig zur Herstellung von Einwegprodukten verwendet werden.
MAI QUEN (Laut newatlas, American Chemical Society)
Quelle: https://baocantho.com.vn/tao-ra-nhua-song-tu-phan-huy-sinh-hoc-a204604.html
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