Skapa biologiskt nedbrytbar "levande plast"

Elektroder tillverkade av kommersiellt tillgänglig plast (översta raden) är svårare att bryta ner än elektroder tillverkade av "levande plast" (nedre raden). Foto: ACS

Vissa mikroorganismer (bakterier, svampar) kan bryta ner långa polymerkedjor (plaster, bioplaster) genom att utsöndra specifika extracellulära enzymer. Baserat på denna mekanism har forskare genetiskt modifierat Bacillus subtilis-sporer för att producera plastnedbrytande enzymer och sedan direkt injicerat dem i det ursprungliga plastmaterialet. Dessa mikroorganismer förblir vilande tills de aktiveras av en varm "näringslösning", varefter de helt konsumerar plasten inom några dagar och inte lämnar några mikroplastpartiklar kvar.

Det här är inte första gången forskare har använt mikroorganismer för att bryta ner plast. År 2024 användes polykaprolakton (PCL) för att testa förmågan hos ett enzym som utsöndras av mikroorganismer att bryta ner det. Samtidigt skapade ett forskarteam vid University of California i USA också en mycket elastisk TPU-plast som innehåller mikrobiella sporer som kan brytas ner när de slängs på soptippar.

Hongkongforskarnas innovation ligger dock i två aspekter. För det första, istället för att förlita sig på ett enda enzym för att bryta ner polymeren, modifierade de Bacillus subtilis-stammar för att producera två enzymer som arbetar i synergi och kompletterar varandra. Mer specifikt bryter det ena enzymet ner de långa polymerkedjorna, vilket stör deras ursprungliga struktur, medan det andra enzymet bryter ner dem. Jämfört med metoden med ett enda enzym är metoden med dubbla enzymer betydligt effektivare och bryter nästan helt ner PCL på bara 6 dagar.

Den andra innovationen ligger i den direkta inbäddningen av mikrobiella sporer i basplastmaterialet, vilket resulterar i en "levande plast"-produkt. Detta nya material har hållbara och flexibla mekaniska egenskaper som liknar konventionella PCL-membran. När en näringslösning tillsätts som katalysator vid 50 °C aktiveras bakteriesporerna, vilket initierar nedbrytningsprocessen.

I experimentet använde forskarna den tidigare nämnda "levande plasten" för att skapa flexibla elektroder. Resultaten visade att produkten fungerade normalt och självsönderdelades vid kontakt med en katalysator. Denna process tog två veckor utan att lämna några spår, inklusive mikroplastpartiklar.

Samtidigt som forskarna betonar de betydande praktiska tillämpningarna av denna forskning, erkänner de begränsningarna hos den nya typen av plast: dess nedbrytningsprocess beror fortfarande på miljöförhållanden eller katalysatorer. Därför strävar de efter att utveckla vattenbaserade sporaktivatorer, eftersom det mesta plastavfallet slutligen hamnar i floder, sjöar och havet. De hoppas också att den nya metoden kan tillämpas inte bara på PCL utan även på andra typer av plast, särskilt de som vanligtvis används för att tillverka engångsplastprodukter.

MAI QUEN (Enligt newatlas, American Chemical Society)

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