생분해성 "살아있는 플라스틱" 만들기

시중에서 구할 수 있는 플라스틱으로 만든 전극(윗줄)은 "활성 플라스틱"으로 만든 전극(아랫줄)보다 분해되기 어렵습니다. 사진: ACS

일부 미생물(박테리아, 곰팡이)은 특정한 세포외 효소를 분비하여 긴 고분자 사슬(플라스틱, 생분해성 플라스틱)을 분해할 수 있습니다. 이러한 메커니즘을 바탕으로 과학자들은 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) 포자를 유전적으로 변형하여 플라스틱 분해 효소를 생성하도록 한 후, 이를 원래의 플라스틱 재료에 직접 접종했습니다. 이 미생물들은 뜨거운 "영양 용액"에 의해 활성화될 때까지 휴면 상태로 있다가, 활성화되면 며칠 내에 플라스틱을 완전히 분해하여 미세 플라스틱 입자를 남기지 않습니다.

과학자들이 미생물을 이용해 플라스틱을 분해하는 것은 이번이 처음이 아닙니다. 2024년에는 미생물이 분비하는 효소가 폴리카프로락톤(PCL)을 분해하는 능력을 시험하기 위해 PCL이 사용되었습니다. 한편, 미국 캘리포니아 대학교의 연구팀은 매립지에 버려졌을 때 분해될 수 있는 미생물 포자를 함유한 고탄성 TPU 플라스틱을 개발하기도 했습니다.

하지만 홍콩 과학자들의 혁신은 두 가지 측면에 있습니다. 첫째, 고분자 분해를 위해 단일 효소에 의존하는 대신, 시너지 효과를 내며 서로를 보완하는 두 가지 효소를 생성하도록 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) 균주를 변형했습니다. 구체적으로, 한 효소는 긴 고분자 사슬을 분해하여 원래 구조를 파괴하고, 다른 효소는 이를 분해합니다. 단일 효소 방식과 비교했을 때, 이중 효소 방식은 훨씬 더 효과적이며, 단 6일 만에 PCL을 거의 완전히 분해합니다.

두 번째 혁신은 미생물 포자를 기본 플라스틱 소재에 직접 삽입하여 "살아있는 플라스틱" 제품을 만드는 데 있습니다. 이 새로운 소재는 기존 PCL 멤브레인과 유사한 내구성과 유연성을 지닌 기계적 특성을 갖습니다. 50°C에서 영양 용액을 촉매로 첨가하면 박테리아 포자가 활성화되어 분해 과정이 시작됩니다.

실험에서 연구진은 앞서 언급한 "살아있는 플라스틱"을 사용하여 유연한 전극을 제작했습니다. 그 결과, 해당 제품은 정상적으로 작동했으며 촉매와 접촉하면 스스로 분해되는 것으로 나타났습니다. 이 과정은 미세 플라스틱 입자를 포함한 어떠한 흔적도 남기지 않고 2주 동안 진행되었습니다.

연구진은 이번 연구의 중요한 실용적 응용 가능성을 강조하면서도, 새로운 유형의 플라스틱이 가진 한계점, 즉 분해 과정이 여전히 환경 조건이나 촉매에 의존한다는 점을 인정했습니다. 따라서 대부분의 플라스틱 폐기물이 결국 강, 호수, 바다로 흘러들어간다는 점을 고려하여, 수성 포자 활성제 개발에 주력하고 있습니다. 또한, 이 새로운 방법이 PCL뿐만 아니라 다른 종류의 플라스틱, 특히 일회용 플라스틱 제품 제조에 흔히 사용되는 플라스틱에도 적용될 수 있기를 기대하고 있습니다.

마이켄(미국화학회 뉴아틀라스에 따르면)

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