3 Minutės
Įmontuota biologija, aktyvuojama pagal komandą
Tyrėjai pasirinko radikalų požiūrį į plastikines atliekas: užuot tikėję, kad išmesti daiktai kada nors suyra, jie į patį medžiagos audinį įdiegė skaidymo mechanizmą. Idėja paprasta ir elegantiška. Integruoti mikrobus arba fermentus, kuriuos jie gamina, į polimerą taip, kad objektas naudavimo metu elgtųsi kaip įprastas plastikas, o iškvietus įmontuota biologija pabunda ir suskaido medžiagą į molekulines dalis.
ACS Applied Polymer Materials žurnale Zhuojun Dai vadovaujama mokslininkų komanda praneša būtent apie tai. Jie genetiškai modifikavo Bacillus subtilis, kad bakterija gamintų du bendradarbiaujančius fermentus, kurie paeiliui skaldė įprastą polimerą — polikaprolaktoną. Vienas fermentas darė perpjovimus palei ilgąsias polimerų grandines, taip susidarydami trumpesniems fragmentams. Antrasis fermentas tada toliau suskaidė tuos fragmentus iki monomerų nuo grandinės galų. Veikdami kartu, šie fermentai greitai pavertė patvarų plastiką atgal į chemines jo statybines dalis.
Gyvas plastikas su dviem bendradarbiaujančiais, plastikus naikinančiais fermentais per šešias dienas visiškai suardė medžiagą.
Kaip vyko eksperimentas ir ką jis parodė
Komanda gamybos metu į polikaprolaktoną įmaišė inaktyvius B. subtilis sporus. Sporai yra geras pasirinkimas: jie išgyvena atšiarias sąlygas ir ramiai laukia tinkamų signalų. Kompozitas atrodė ir buvo tvarkomas labai panašiai kaip įprasta polikaprolaktono plėvelė — polimeras, naudojamas 3D spausdinime ir kai kuriose medicininėse siūlėse — tad medžiagos mechaninės savybės nebuvo paaukotos.
Aktyvacija įvyko, kai tyrėjai medžiagą sušildė maistinės terpės pagalba iki 50 laipsnių Celsijaus — temperatūros, kurioje sporos sužėlė ir prasidėjo fermentų gamyba. Per šešias dienas dviejų fermentų sistema visiškai depolimerizavo plėvelę iki monomerų. Svarbu, kad kadangi fermentai veikė kooperatyviai ir paeiliui, skilimo procesas nepaliko mikroplastiko fragmentų — tai dažna mechaninių ar dalinai cheminių skilimo metodų problema.
Praktiniam pademonstravimui komanda pagamino dėvimą plastikinį elektrodą iš gyvo kompozito. Įrenginys veikė kaip buvo tikėtasi, o esant aktyvacijos sąlygoms maždaug per dvi savaites visiškai suskaidėsi.
Pasekmės ir tolesni žingsniai
Programuotos biodegradacijos įterpimas gali pakeisti dizainerių mąstyseną apie vienkartines prekes. Pavyzdžiui, pakuotės, kurios pačios išsitrina, kai yra pašildomos kontroliuojamoje patalpoje. Medicininiai prietaisai, kurie ištirpsta pagal numatytą grafiką. Tai ir yra pažadas. Tačiau prieš neišvengiamą gyvų plastikų pritaikymą plačiame mastelyje lieka nemažai kliūčių: aktyvacijos metodai, tinkami aplinkoms, tokioms kaip upės ir vandenynai; reguliavimo ir saugumo vertinimai dėl inžineruotų mikroorganizmų paleidimo; ir strategijos pritaikymas įvairiems vartojimo prekių polimerams.
"Supratimas, kad tradiciniai plastikai išlieka šimtmečius, o daugeliui panaudojimų, pavyzdžiui pakuotėms, yra trumpalaikiai, paskatino mus paklausti: ar galėtume įdiegti skaidymą tiesiog į medžiagos gyvavimo ciklą?" Zhuojun Dai sakė, apibendrindamas darbo motyvaciją.
Ateities darbai sieks suaktyvinti sporas vandeninėse aplinkose ir išplėsti prieigą už polikaprolaktono ribų, taikant metodą polimerams, naudojamiems vienkartiniams gaminiams. Jei pavyks įveikti šias technines ir visuomenines kliūtis, programuojami, fermentiniai plastikai galėtų tapti galingu įrankiu kovojant su plastiko tarša ir mikroplastiko susidarymu.
Šaltinis: scitechdaily
Palikite komentarą