Створення біорозкладного «живого пластику»

Імплантуючи мікроорганізми, що харчуються пластиком, в основний матеріал, вчені з Китайського університету Гонконгу створили тип «живого пластику», здатного до біорозкладу.

Електроди, виготовлені з комерційно доступного пластику (верхній ряд), важче розкладаються, ніж електроди, виготовлені з «живого пластику» (нижній ряд). Фото: ACS

Деякі мікроорганізми (бактерії, гриби) здатні розщеплювати довгі полімерні ланцюги (пластик, біопластик), виділяючи специфічні позаклітинні ферменти. Ґрунтуючись на цьому механізмі, вчені генетично модифікували спори Bacillus subtilis для отримання ферментів, що розкладають пластик, а потім безпосередньо інокулювали їх у вихідний пластиковий матеріал. Ці мікроорганізми залишатимуться в стані спокою, доки їх не активує гарячий «живильний розчин», після чого вони повністю споживатимуть пластик протягом кількох днів, не залишаючи після себе жодних мікрочастинок пластику.

Це не перший випадок, коли вчені використовують мікроорганізми для розщеплення пластику. У 2024 році полікапролактон (PCL) був використаний для перевірки здатності ферменту, що виділяється мікроорганізмами, розкладати його. Тим часом у США дослідницька група з Каліфорнійського університету також створила високоеластичний ТПУ-пластик, що містить мікробні спори, які можуть розкладатися при утилізації на сміттєзвалищах.

Однак інновація гонконгських вчених полягає у двох аспектах. По-перше, замість того, щоб покладатися на один фермент для розщеплення полімеру, вони модифікували штами Bacillus subtilis, щоб отримати два ферменти, які працюють синергетично та доповнюють один одного. Зокрема, один фермент розщеплює довгі полімерні ланцюги, порушуючи їх початкову структуру, тоді як інший фермент розщеплює їх. Порівняно з методом з одним ферментом, підхід з двома ферментами значно ефективніший, майже повністю розщеплюючи PCL лише за 6 днів.

Друга інновація полягає у безпосередньому вбудовуванні мікробних спор в базовий пластиковий матеріал, що призводить до створення продукту з «живого пластику». Цей новий матеріал має міцні та гнучкі механічні властивості, подібні до звичайних PCL-мембран. Коли до нього додають поживний розчин як каталізатор при температурі 50°C, він активує бактеріальні спори, ініціюючи процес розкладання.

В експерименті дослідники використовували вищезгаданий «живий пластик» для створення гнучких електродів. Результати показали, що продукт функціонував нормально та самостійно розкладався при контакті з каталізатором. Цей процес тривав два тижні, не залишаючи жодних слідів, включаючи мікрочастинки пластику.

Підкреслюючи значуще практичне застосування цього дослідження, вчені визнають обмеження нового типу пластику: процес його розкладання все ще залежить від умов навколишнього середовища або каталізаторів. Тому вони прагнуть розробити активатори спор на водній основі, оскільки більшість пластикових відходів зрештою потрапляють у річки, озера та море. Вони також сподіваються, що новий метод можна буде застосувати не лише до PCL, але й до інших видів пластику, особливо тих, що зазвичай використовуються для створення одноразових пластикових виробів.

МАЙ КВЕН (Згідно з newatlas, Американським хімічним товариством)

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