Вчені створили новий біопластик, який швидко розчиняється у воді

Вплив синтетичного пластику на нашу планету викликає щонайменше занепокоєння. Він скрізь — від глибин наших океанів до їжі, яку ми їмо, і навіть проникає в наші тіла. Але Авінаш Манджула-Басаванна, досвідчений науковець з Північно-Східного університету, бачить у «MECHS» розв’язання проблеми.

«Вплив штучних матеріалів на живий світ призводить до зміни клімату, забруднення тощо», — каже він. «Один зі способів, як ми можемо розв’язати цю проблему, — це зробити матеріали екологічно чистими, а також виробляти матеріали, які є розумними та інтелектуальними».

Народження нового біопластику

Об’єднавши зусилля з Нілом С. Джоші, доцентом хімії та хімічної біології в Northeastern, Манджула-Басаванна створила новий біопластик під назвою MECHS. Це розшифровується як механічно сконструйовані живі матеріали з можливістю компостування, відновлення та масштабованості.

Команда нещодавно продемонструвала своє відкриття в журналі Nature Communications. Тут вони сформулювали свою унікальну роботу зі сконструйованими живими матеріалами, живими клітинами, які виробляють функціональні матеріали.

Чудеса біопластику

Що виділяє MECHS? Манджула-Басаванна та Джоші дали нам дві основні причини.

По-перше, MECHS демонструє красу рішень, натхненних природою, зі здатністю регенерувати, регулювати себе та реагувати на зовнішні подразники, такі як світло.

Друга причина ще важливіша в сучасних умовах. На відміну від шкідливого пластику, який душить нашу планету та тіла, MECHS біологічно розкладається у воді та навіть у компостному баку.

«Зараз ми використовуємо багато звичайних пластикових матеріалів, які не піддаються біологічному розкладанню, для тих цілей, у яких вони взагалі не потрібні», — каже Джоші. «Якщо ми замінимо його на наш пластик, ви можете просто змити його в унітаз, і він біологічно розпадеться».

Інженерні живі матеріали

Досі такі сконструйовані живі матеріали не можна було масштабувати для широкого виробництва. Введіть MECHS. По суті, він складається зі сконструйованих бактерій E. coli, переплетених із волокнистою матрицею, створеною у папір або плівку.

Волокниста структура надає MECHS деякі бажані властивості. Наприклад, біопластик може розтягуватися, як пластикова плівка, і бути генетично сконструйованим для змінної жорсткості. І, що дуже захоплююче, він має здатність до самовідновлення.

Але справжня вишенька? MECHS повністю розчиняється, будь то у великій кількості води чи компостному баку. Він швидко розчиняється, набагато швидше, ніж інші існуючі біологічно розкладані пластики. Крім того, його можна масово виробляти, як і папір.

Потенційні застосування

Наукові дива бачать MECHS як рішення «первинної упаковки». Це включає в себе пластикову кришку, що захищає ваш новий iPhone, або контейнери для миючих засобів для ваших приладів. Уявіть собі MECHS, обернутий навколо рослини в горщику, який повільно розщеплюється та вивільняє білки для удобрення рослини!

Розв’язати глобальну проблему пластикового забруднення, Манджула-Басаванна бачить великий потенціал для MECHS у пластиковій упаковці, яка охоплює майже одну третину ринку пластику. Він зауважує, що тривалість життя такої упаковки може тривати від кількох днів до двох років, але біорозкладання використовуваного нафтохімічного пластику може тривати сотні років.

«Для такого короткого терміну служби упаковки нафтохімічний пластик, для біорозкладання якого можуть знадобитися сотні років, у багатьох випадках непотрібний, і тому така стійка альтернатива, як MECHS, завдяки своїй здатності до біологічного розкладання, здатності до промивання та механічній настроюваності може змінити ситуацію», – каже Манджула-Басаванна.

Проблеми у впровадженні MECHS

Незважаючи на те, що MECHS представляє революційне рішення глобальної пластикової кризи, впровадження цієї технології у великих масштабах не позбавлене проблем. Основне занепокоєння полягає в геномній стабільності сконструйованих бактерій E. coli, які використовуються в MECHS.

Вчені повинні переконатися, що бактерії залишаються безпечними та стабільними в різних умовах навколишнього середовища, щоб уникнути небажаних наслідків. Крім того, перехід галузей, що залежать від традиційних пластмас, на MECHS передбачає подолання значних економічних і матеріально-технічних бар’єрів.

Виробничим потужностям у всьому світі може знадобитися впровадження нових технологій та інфраструктури для розміщення цього нового матеріалу, що потенційно спричинить значні витрати в короткостроковій перспективі. Крім того, потрібно подолати громадське сприйняття та нормативні перешкоди, щоб завоювати довіру та схвалення його широкого використання.

Майбутнє стійких матеріалів

Дивлячись у майбутнє, інновації, пов’язані з MECHS, сигналізують про початок епохи стійких і адаптованих матеріалів, здатних трансформувати промисловість. У міру розвитку досліджень живих матеріалів з’являються нові можливості, такі як уможливлення розробки динамічних, адаптованих матеріалів для технологій, які ще тільки можна уявити.

Розвиваючи свій успіх із MECHS, Манджула-Басаванна та Джоші передбачають розширення палітри біорозкладаних матеріалів, кожен з яких призначений для певних застосувань, починаючи від збереження навколишнього середовища та закінчуючи охороною здоров’я.

У їхній роботі наголошується на співпраці в різних дисциплінах – біології, хімії та інженерії – для просування стійких рішень. Зрештою, MECHS є свідченням того, як впровадження інновацій, натхненних природою, може призвести до проривів із силою змінити наші відносини з матеріалами, які ми використовуємо, та середовищем, у якому ми живемо. Дослідження опубліковано в журналі Nature Communications.