Вчені зробили крок до матеріалів майбутнього, створивши так звані «живі пластики» — полімери, які можна запрограмувати на самознищення. Ідея виглядає майже фантастично, але за нею стоїть цілком реальна біотехнологія, що може змінити підхід до боротьби з пластиковим забрудненням.
Сьогодні більшість пластикових виробів використовується лише один раз, але розкладаються вони десятиліттями, а інколи й століттями. Саме цей дисбаланс між коротким терміном використання та наддовгою «життєвою тривалістю» матеріалу змусив дослідників шукати альтернативу. Одним із рішень стали «живі пластики» — матеріали, у які вбудовують мікроорганізми, здатні запускати процес руйнування полімеру за потреби.
У дослідженні, опублікованому в журналі ACS Applied Polymer Materials, науковці показали, що такий підхід може бути не лише теоретичним. Команда використала дві взаємодіючі бактеріальні культури, які змогли повністю розкласти пластик лише за шість днів — і що важливо, без утворення мікропластику.
Пластик, який «оживає» і зникає
Один із авторів дослідження, Чжоюнь Дай, пояснює логіку роботи над проєктом: традиційний пластик зберігається в природі сотні років, хоча використовується іноді лише кілька днів. Це і підштовхнуло вчених до ідеї — а що, як процес розкладання можна закласти прямо в структуру матеріалу?
Деякі бактерії природно виробляють ферменти, які розщеплюють довгі полімерні ланцюги на менші фрагменти. Оскільки пластик і є полімером, дослідники вирішили використати ці властивості та «вбудувати» мікроорганізми безпосередньо в матеріал.
«Таким чином пластик ніби “оживає” і може самознищуватися за командою, перетворюючи довговічність із проблеми на керовану властивість», — зазначає Дай.
Два ферменти, які працюють у тандемі
Попередні спроби зазвичай використовували лише один фермент, що обмежувало ефективність процесу. Нова робота пішла далі: вчені модифікували бактерію Bacillus subtilis так, щоб вона виробляла одразу два ферменти для розкладання полімерів.
Перший фермент «розрізає» довгі полімерні ланцюги у випадкових місцях, а другий поступово розщеплює ці фрагменти до найменших складових — мономерів.
Щоб система працювала безпечно, бактерії у вигляді спор вбудували в полікапролактон — пластик, який часто використовують у 3D-друці та хірургічних швах. У такому стані мікроорганізми залишаються «сплячими» до моменту активації.
Коли дослідники додали поживний розчин, нагрітий до приблизно 50 °C, бактерії «прокинулися» і повністю зруйнували матеріал за шість днів. Важливо, що процес відбувався настільки ефективно, що не утворювалися мікропластикові частинки.
Від експериментів до реальних пристроїв
Щоб продемонструвати можливості технології, команда створила навіть носимий електрод із «живого пластику». Він працював як звичайний пристрій, а згодом повністю розклався приблизно за два тижні.
Наступним кроком дослідники планують знайти спосіб активації таких матеріалів у воді — адже саме там накопичується значна частина пластикового забруднення у світі.
Хоча наразі технологія протестована лише на одному типі полімеру, вчені вважають, що її можна адаптувати й для інших видів пластику, зокрема тих, що широко використовуються у одноразовій продукції. Якщо ця ідея отримає розвиток, майбутнє пластику може виглядати зовсім інакше: матеріал, який сьогодні створює екологічну проблему, завтра зможе просто зникати за командою.