دانشمندان پلاستیک زندهای ساختند که تنها در ۶ روز خود را نابود میکند
گروهی از پژوهشگران موفق به توسعه نوعی پلاستیک زنده شدهاند که میتواند در زمان مورد نظر فعال شده و بدون برجای گذاشتن ریزپلاستیکها خود را بهطور کامل تجزیه کند. این فناوری نوآورانه میتواند راهکاری مؤثر برای مقابله با بحران جهانی آلودگی پلاستیکی باشد.
به گزارش sciencedaily، امروزه بسیاری از محصولات پلاستیکی تنها یکبار مورد استفاده قرار میگیرند، اما پس از دور انداخته شدن ممکن است صدها سال در محیطزیست باقی بمانند. به همین دلیل دانشمندان در تلاشاند موادی طراحی کنند که پس از پایان عمر مفید خود بتوانند بهصورت کنترلشده تجزیه شوند.
اکنون محققان در پژوهشی که نتایج آن در نشریه ACS Applied Polymer Materials منتشر شده است، موفق به ساخت پلاستیکی شدهاند که با استفاده از دو سویه باکتریایی همکاریکننده تنها طی شش روز بهطور کامل تجزیه میشود و هیچ ریزپلاستیکی از خود بر جای نمیگذارد.
ایده ساخت پلاستیکهای خودتخریبشونده
ژووجون دای از نویسندگان مسئول این پژوهش میگوید: وقتی متوجه شدیم پلاستیکهای سنتی ممکن است قرنها در محیط باقی بمانند در حالی که بسیاری از کاربردهای آنها مانند بستهبندی تنها چند روز یا چند هفته دوام دارند، این پرسش مطرح شد که آیا میتوان فرایند تجزیه را از همان ابتدا در چرخه زندگی پلاستیک طراحی کرد؟
برخی میکروارگانیسمها قادرند آنزیمهایی تولید کنند که زنجیرههای بلند پلیمری را به قطعات کوچکتر تجزیه میکنند. از آنجا که پلاستیکها نیز از پلیمرها ساخته شدهاند پژوهشگران به این ایده رسیدند که این آنزیمها یا باکتریهای تولیدکننده آنها را مستقیما در ساختار پلاستیک قرار دهند.
دای توضیح میدهد: با قرار دادن این میکروبها درون پلاستیک ماده میتواند به نوعی زنده شود و در زمان دلخواه فرمان تخریب خود را دریافت کند. به این ترتیب دوام طولانیمدت پلاستیک که تاکنون یک مشکل محسوب میشد به ویژگیای قابل برنامهریزی تبدیل خواهد شد.
همکاری دو آنزیم برای تجزیه کامل پلاستیک
در تلاشهای پیشین معمولا تنها از یک آنزیم برای تجزیه پلاستیک استفاده میشد، اما تیم پژوهشی متشکل از ژووجون دای، جین گنگ، دیانپنگ چی و همکارانشان تصمیم گرفتند از رویکردی کارآمدتر بهره بگیرند.
آنها باکتری Bacillus subtilis را بهگونهای مهندسی ژنتیکی کردند که دو آنزیم تجزیهکننده پلیمر را بهطور همزمان تولید کند. این دو آنزیم بهصورت زنجیرهای عمل میکنند؛ آنزیم نخست زنجیرههای بلند پلیمر را به قطعات کوچکتر تقسیم میکند و آنزیم دوم این قطعات را به مونومرها یا واحدهای سازنده اولیه تبدیل میکند.
برای ساخت این پلاستیک زنده پژوهشگران اسپورهای غیرفعال باکتری B. subtilis را با پلیکاپرولاکتون (Polycaprolactone یا PCL) ترکیب کردند. پلیکاپرولاکتون پلیمر زیستتخریبپذیری است که در چاپ سهبعدی و برخی نخهای جراحی کاربرد دارد.
این اسپورها تا زمان فعالسازی در داخل پلاستیک محافظت میشوند و در حالت غیرفعال باقی میمانند. بررسیها نشان داد پلاستیک حاصل از نظر ویژگیهای مکانیکی عملکردی مشابه فیلمهای معمولی پلیکاپرولاکتون دارد و میتواند در کاربردهای واقعی مورد استفاده قرار گیرد.
تجزیه کامل در کمتر از یک هفته
در مرحله آزمایش پژوهشگران محلول غذایی مخصوصی را که تا دمای ۵۰ درجه سانتیگراد گرم شده بود به این پلاستیک اضافه کردند. این شرایط باعث فعال شدن اسپورهای باکتریایی شد.
پس از فعالسازی باکتریها شروع به تولید آنزیمهای تجزیهکننده کردند و پلاستیک ظرف تنها شش روز بهطور کامل به واحدهای سازنده اولیه خود تبدیل شد.
به گفته پژوهشگران همکاری موثر دو آنزیم باعث شد فرآیند تخریب بدون تولید ذرات ریزپلاستیکی انجام شود؛ موضوعی که یکی از مهمترین چالشهای روشهای فعلی بازیافت و تجزیه پلاستیک به شمار میرود.
ساخت نخستین تجهیزات کاربردی
برای نمایش قابلیتهای عملی این فناوری تیم تحقیقاتی یک الکترود پوشیدنی پلاستیکی از این ماده زنده تولید کرد. این الکترود عملکرد مورد انتظار را ارائه داد و پس از پایان عمر کاری خود طی حدود دو هفته بهطور کامل تجزیه شد.
پژوهشگران در ادامه قصد دارند روشی توسعه دهند که بتواند اسپورهای باکتریایی را در محیطهای آبی فعال کند. این موضوع اهمیت زیادی دارد، زیرا بخش قابل توجهی از آلودگیهای پلاستیکی جهان سرانجام وارد رودخانهها دریاچهها و اقیانوسها میشوند.
اگرچه این پژوهش فعلا بر روی پلیکاپرولاکتون متمرکز بوده است، اما دانشمندان معتقدند همین راهبرد میتواند برای انواع دیگر پلاستیکها نیز بهکار گرفته شود؛ از جمله موادی که در تولید محصولات یکبار مصرف و بستهبندیهای رایج استفاده میشوند.
به باور پژوهشگران این فناوری میتواند مسیر تازهای برای طراحی نسل جدید پلاستیکهای هوشمند و زیستتخریبپذیر فراهم کند؛ موادی که پس از پایان کاربرد خود بدون آسیب به محیطزیست و بدون تولید ریزپلاستیکها بهطور کامل از بین میروند.
انتهای پیام/
