Inovatívny živý plast sa dokáže na povel sám úplne zničiť

 

KĽÚČOVÉ ZISTENIA:

• Baktérie zlikvidujú plastový odpad do 6 dní.

• Výskumníci použili enzýmy na štiepenie polymérov.

• Aktivácia úplného rozkladu materiálu prebieha v roztoku pri 50 °C.

Plasty sa masívne využívajú pre svoju mechanickú odolnosť, čo globálne spôsobuje ekologické problémy. Syntetické polyméry pretrvávajú v životnom prostredí stovky rokov, pričom mnohé z nich slúžia ľuďom len na jedno použitie. Výskumníci pod vedením Zhuojun Daia sa preto zamerali na integráciu deštrukčných mechanizmov priamo do životného cyklu materiálu.

Tím expertov vytvoril nový typ živého plastu, ktorému do štruktúry zabudovali  spóry baktérie Bacillus subtilis. Tento mikroorganizmus bol laboratórne naprogramovaný tak, aby cielene vylučoval 2 komplementárne enzýmy rozkladajúce plastové väzby. Prvým enzýmom je lipáza z kvasinky Candida antarctica, ktorá v procese zabezpečuje náhodné štiepenie reťazcov polyméru.

Ďalším enzýmom je lipáza z baktérie Burkholderia cepacia, ktorá zodpovedá za depolymerizáciu a následne rozkladá menšie kusy až na ich základné monoméry. Dormantné spóry týchto baktérií boli fyzicky vmiešané do polykaprolaktónu, čo je bežný polymér často využívaný pri 3D tlači a pri výrobe rozložiteľných chirurgických nití. Zahrnutie spór do tohto materiálu podľa zistení vedcov nijako nenarušilo jeho fyzikálne alebo mechanické vlastnosti.

Živý plast si počas každodenného používania zachováva rovnakú pevnosť a flexibilitu ako hladké polykaprolaktónové fólie. Zásadný rozdiel v správaní materiálu nastáva až pri aktivácii procesu rozkladu pomocou špecifických vonkajších podmienok. Keď je plastový materiál vystavený živnému roztoku s teplotou 50 °C, všetky spóry sa aktivujú a baktérie začnú produkovať spomínané enzýmy.

Spolupráca 2 aktívnych enzýmov vedie k rozkladu plastu na základné stavebné bloky už za 6 dní. Tento chemický prístup má zásadnú výhodu v tom, že počas degradácie nevznikajú žiadne mikroplasty. Ako praktický dôkaz funkčnosti vedci z tohto živého plastu úspešne vytvorili nositeľnú elektronickú elektródu schopnú detegovať signály ľudskej elektromyografie.

Po ukončení testovania sa tento laboratórny prototyp vo vhodnom pripravenom prostredí rozložil do 14 dní. V blízkej budúcnosti by sa tento koncept mohol rozšíriť na tvorbu materiálov aktivovaných výhradne vo vode, kde končí veľká časť plastového odpadu. Hoci sa výskum sústredil len na jeden polymér, identická stratégia je plnohodnotne uplatniteľná aj pri iných bežných plastoch pre riešenie problému s odpadom.

PREČO JE TO DÔLEŽITÉ: Nová technológia mení problém trvácnosti plastov na programovateľnú funkciu s cieľom znížiť celosvetový odpad.

Zdroj: interestingengineering.com foto: ChatGPT