Ученые разработали разлагаемый "живой пластик", который активируется и самоуничтожается по команде

Большинство пластиковых изделий используются совсем недолго, хотя сам материал способен сохраняться сотни лет. Чтобы решить эту проблему, ученые разрабатывают так называемые "живые пластмассы" – материалы, которые могут самостоятельно разлагаться по сигналу. Для этого в пластик вместе с полимерами внедряют микроорганизмы, способные разрушать его структуру.

Исследователи, опубликовавшие работу в журнале ACS Applied Polymer Materials, применили два штамма бактерий, которые в комбинации смогли полностью разложить материал всего за шесть дней, не оставляя микропластика. Один из авторов исследования, Чжуоцзюнь Дай, отметил, что ученых подтолкнуло к работе противоречие между долговечностью пластика и его краткосрочным использованием, например в упаковке. По его словам, команда задалась вопросом, можно ли изначально встроить механизм разрушения в жизненный цикл материала.

Известно, что некоторые микроорганизмы выделяют ферменты, расщепляющие длинные полимерные цепи на более мелкие части. Поскольку пластик также состоит из полимеров, такие ферменты или сами микробы можно внедрять прямо в материал. Благодаря этому пластик способен буквально "оживать" при необходимости и запускать процесс самоуничтожения, превращая долговечность материала в управляемое свойство. Ранее подобные разработки обычно использовали только один фермент, однако исследователи решили усилить эффективность метода. Для этого они модифицировали бактерию Bacillus subtilis так, чтобы она вырабатывала сразу два взаимодополняющих фермента. Первый хаотично разрезает длинные полимерные цепи, а второй постепенно расщепляет образовавшиеся фрагменты до отдельных мономеров.

Спящие споры бактерий смешали с поликапролактоном – полимером, который применяется, например, в 3D-печати и хирургических нитях. Это позволило сохранить микроорганизмы неактивными до нужного момента. Полученный материал по прочности оказался сопоставим с обычным пластиком.

Когда к материалу добавили питательный раствор и нагрели его до 50 градусов Цельсия, споры активировались и всего за шесть дней полностью разложили пластик до базовых компонентов. Благодаря совместной работе ферментов в процессе не образовывались частицы микропластика. В качестве демонстрации технологии ученые создали носимый пластиковый электрод. Он успешно выполнял свои функции, а затем полностью разрушился примерно за две недели.