Het creëren van biologisch afbreekbaar "levend plastic"

Elektroden gemaakt van commercieel verkrijgbaar plastic (bovenste rij) zijn moeilijker af te breken dan elektroden gemaakt van 'levend plastic' (onderste rij). Foto: ACS

Sommige micro-organismen (bacteriën, schimmels) zijn in staat lange polymeerketens (plastics, bioplastics) af te breken door specifieke extracellulaire enzymen af te scheiden. Op basis van dit mechanisme hebben wetenschappers sporen van Bacillus subtilis genetisch gemodificeerd om plastic-afbrekende enzymen te produceren en deze vervolgens rechtstreeks in het oorspronkelijke plastic materiaal geïnoculeerd. Deze micro-organismen blijven inactief totdat ze worden geactiveerd door een hete "voedingsoplossing", waarna ze het plastic binnen enkele dagen volledig consumeren, zonder microplasticdeeltjes achter te laten.

Dit is niet de eerste keer dat wetenschappers micro-organismen gebruiken om plastic af te breken. In 2024 werd polycaprolacton (PCL) gebruikt om het vermogen van een door micro-organismen afgescheiden enzym om het af te breken te testen. Ondertussen creëerde een onderzoeksteam aan de Universiteit van Californië in de VS een zeer elastisch TPU-plastic met microbiële sporen dat kan afbreken wanneer het op stortplaatsen wordt gedumpt.

De innovatie van de wetenschappers uit Hongkong schuilt echter in twee aspecten. Ten eerste hebben ze, in plaats van te vertrouwen op één enkel enzym om het polymeer af te breken, Bacillus subtilis-stammen gemodificeerd om twee enzymen te produceren die synergetisch werken en elkaar aanvullen. Concreet breekt het ene enzym de lange polymeerketens af, waardoor hun oorspronkelijke structuur wordt verstoord, terwijl het andere enzym ze verder afbreekt. Vergeleken met de methode met één enzym is de aanpak met twee enzymen aanzienlijk effectiever, waardoor PCL in slechts 6 dagen vrijwel volledig wordt afgebroken.

De tweede innovatie bestaat uit het rechtstreeks inbedden van microbiële sporen in het basismateriaal van kunststof, wat resulteert in een "levend plastic"-product. Dit nieuwe materiaal heeft duurzame en flexibele mechanische eigenschappen die vergelijkbaar zijn met die van conventionele PCL-membranen. Wanneer een voedingsoplossing als katalysator wordt toegevoegd bij 50 °C, activeert deze de bacteriële sporen en zet het ontbindingsproces in gang.

In het experiment gebruikten onderzoekers het eerdergenoemde "levende plastic" om flexibele elektroden te maken. De resultaten toonden aan dat het product normaal functioneerde en spontaan ontleedde bij contact met een katalysator. Dit proces duurde twee weken zonder sporen achter te laten, inclusief microplasticdeeltjes.

Hoewel de wetenschappers de belangrijke praktische toepassingen van dit onderzoek benadrukken, erkennen ze de beperking van het nieuwe type plastic: het afbraakproces is nog steeds afhankelijk van omgevingsomstandigheden of katalysatoren. Daarom streven ze ernaar om op water gebaseerde spore-activatoren te ontwikkelen, aangezien het meeste plastic afval uiteindelijk in rivieren, meren en de zee terechtkomt. Ze hopen ook dat de nieuwe methode niet alleen op PCL, maar ook op andere soorten plastic kan worden toegepast, met name op plastic dat veelvuldig wordt gebruikt voor de productie van wegwerpproducten.

MAI QUEN (Volgens newatlas, American Chemical Society)

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