پژوهشگران نوعی «پلاستیک زنده» را توسعه داده‌اند که می‌تواند به‌صورت فرمانی خود را تجزیه کند و بدون تولید ریزپلاستیک از بین برود؛ دستاوردی که می‌تواند راهکاری نوین برای مقابله با بحران جهانی آلودگی پلاستیکی ارائه دهد.
به گزارش سرویس علمی تکناک، این ماده جدید با ترکیب پلیمرهای معمولی و میکروب‌های قابل‌فعال‌سازی طراحی شده است؛ میکروب‌هایی که در شرایط مشخص فعال می‌شوند و فرایند تجزیه پلاستیک را آغاز می‌کنند.
تیم تحقیقاتی در این پروژه از دو سویه باکتریایی استفاده کرده است که به‌صورت هماهنگ عمل می‌کنند و توانسته‌اند ماده را تنها در مدت شش روز به‌طور کامل تجزیه کنند، بدون آنکه ذرات ریزپلاستیک تولید شود؛ مسئله‌ای که یکی از چالش‌های اصلی روش‌های فعلی بازیافت و تجزیه پلاستیک محسوب می‌شود.
مرتبط: کشف و توسعه پلاستیک فوق مقاوم توسط دانشمند ایرانی
پژوهشگران توضیح داده‌اند که بسیاری از میکروب‌ها قادر هستند با استفاده از آنزیم‌ها، زنجیره‌های بلند پلیمری را به قطعات کوچک‌تر بشکنند. از آنجا که پلاستیک‌ها خود از پلیمرها ساخته شده‌اند، می‌توان این قابلیت طبیعی را به‌صورت مهندسی‌شده درون ساختار مواد پلاستیکی وارد کرد. این رویکرد باعث می‌شود که پلاستیک نه‌تنها مقاوم باشد، بلکه در زمان مورد نظر نیز قابلیت تجزیه پیدا کند.
ژووجون دای، نویسنده مسئول این پژوهش، اعلام کرده است که این فناوری می‌تواند مفهوم دوام در پلاستیک‌ها را متحول کند. به گفته او، با جای‌دادن میکروب‌ها در ساختار مواد، پلاستیک‌ها می‌توانند «زنده» شوند و در زمان دلخواه از بین بروند. او تأکید کرده است که بسیاری از کاربردهای پلاستیک، مانند بسته‌بندی، عمر کوتاهی دارند، در حالی که خود ماده ممکن است صدها سال در طبیعت باقی بماند؛ همین تضاد، انگیزه اصلی توسعه چنین فناوری‌هایی بوده است.
مرتبط: ویدیوی ذوب پلاستیک توسط چراغ‌قوه گلکسی S25 سامسونگ جنجالی شد
این تیم تحقیقاتی همچنین به پیشرفت‌های اخیر در حوزه زیست‌شناسی مصنوعی اشاره کرده است که امکان ساخت پلاستیک‌های زنده مبتنی بر اسپور را فراهم کرده‌اند. در این سیستم‌ها، اسپورهای باکتریایی در حالت غیرفعال درون ماده باقی می‌مانند و عملکرد مکانیکی پلاستیک را مختل نمی‌کنند. اما زمانی که شرایط مناسب فراهم شود، این اسپورها فعال شده و فرایند تجزیه را آغاز می‌کنند.
با این حال، یکی از محدودیت‌های روش‌های قبلی، استفاده از تنها یک نوع آنزیم یا یک سویه باکتریایی بوده است که کارایی تجزیه را کاهش می‌داد. برای رفع این مشکل، پژوهشگران در این مطالعه از یک سیستم مبتنی بر «کنسرسیوم میکروبی» استفاده کرده‌اند. آنها باکتری Bacillus subtilis را به‌گونه‌ای مهندسی کرده‌اند که دو آنزیم مکمل تولید کند: یکی برای شکستن تصادفی زنجیره‌های پلیمری و دیگری برای تجزیه تدریجی این قطعات به واحدهای پایه.
مرتبط: تبدیل پسماندهای پلاستیکی به سرکه با نور خورشید
این همکاری آنزیمی باعث شده است که فرایند تجزیه با سرعت و کارایی بسیار بیشتری انجام شود. در آزمایش‌ها، زمانی که یک محلول غذایی در دمای ۵۰ درجه سانتی‌گراد به ماده افزوده شد، اسپورها فعال شدند و پلاستیک در مدت شش روز به اجزای اولیه خود تجزیه شد. نکته مهم این است که این فرایند بدون تولید ریزپلاستیک انجام شده است؛ موضوعی که اهمیت زیست‌محیطی این فناوری را دوچندان می‌کند.
برای بررسی کاربرد عملی این ماده، پژوهشگران یک الکترود پلاستیکی پوشیدنی را با استفاده از این پلاستیک زنده تولید کردند. این الکترود توانست سیگنال‌های الکترومایوگرافی بدن انسان را به‌درستی ثبت کند و عملکردی مشابه مواد رایج داشته باشد. در عین حال، این دستگاه پس از پایان عمر خود در مدت دو هفته به‌طور کامل تجزیه شد.
مرتبط: چاپ سه‌بعدی خرپاهای پلاستیکی مقاوم از ضایعات
پژوهشگران همچنین برای محافظت از میکروب‌ها تا زمان فعال‌سازی، از پلی‌کاپرولاکتون استفاده کرده‌اند؛ پلیمر شناخته‌شده‌ای که در چاپ سه‌بعدی و تجهیزات پزشکی مانند بخیه‌های جراحی کاربرد دارد. این ترکیب باعث شده است که ماده نهایی، خواص مکانیکی مشابه پلاستیک‌های معمولی داشته باشد و در کاربردهای مختلف قابل استفاده باشد.
در گام‌های بعدی، تیم تحقیقاتی قصد دارد مکانیزم‌های فعال‌سازی این اسپورها را برای محیط‌های آبی توسعه دهد؛ زیرا بخش قابل‌توجهی از آلودگی پلاستیکی در اقیانوس‌ها و منابع آبی انباشته می‌شود. همچنین آنها معتقدند که این رویکرد می‌تواند به سایر انواع پلاستیک‌ها، به‌ویژه پلاستیک‌های یک‌بارمصرف، نیز تعمیم داده شود.
این دستاورد می‌تواند مسیر تازه‌ای در طراحی مواد پایدار باز کند؛ موادی که نه‌تنها کارایی بالایی دارند، بلکه چرخه عمر آنها نیز به‌صورت هوشمند و کنترل‌شده مدیریت می‌شود.
