Нашата зависимост от пластмаса се е превърнала в огромен проблем. Ето защо изследователите са развълнувани от нов тип материал - такъв, който разполага със вградени способности за биоразграждане благодарение на бактериалните спори, които живеят в него.

Новата саморазграждаща се пластмаса съчетава термопластичен полиуретан (TPU) и бактерии Bacillus subtilis, които е трябвало да бъдат създадени по такъв начин, че да издържат на високите температури при производството на пластмаса.

След като излага спорите многократно на нарастващи нива на топлина, екипът, който работи върху този нов материал, установява, че бактериите в крайна сметка могат да се справят с температурата от 135 градуса по Целзий, необходима за смесването на бактериалните спори и TPU.

TPU (вляво) и Bacillus subtilis (вдясно). (David Baillot/UC San Diego Jacobs School of Engineering)

Предишните усилия за намиране на начини за бързо разграждане на пластмаси често са разчитали на бактериални ензими и гъби от почви и компостища, където тези микроорганизми са естествено разпространени. Но този нов материал се нуждае само от бактериалните спори в него, които могат да бъдат разбудени с добавянето на някои хранителни вещества и влага, за да започнат процеса на разграждане.

"Това, което е забележително, е, че нашият материал се разгражда дори без присъствието на допълнителни микроби", казва Джон Покорски, учен в областта на полимерите в Университета в Сан Диего (UC San Diego), който ръководи екипа.

"Има вероятност повечето от тези пластмаси да не попаднат в богати на микроби съоръжения за компостиране. Така че тази способност за саморазграждане в среда, свободна от микроби, прави нашата технология по-универсална."

Изследването включва няколко важни етапа, като първият е изборът на B. subtilis. Това е вид бактерия, която и преди е била свързвана с разграждането на пластмаса, и може да оцелее в спящо състояние без обичайните доставки на храна и енергия.

Друг етап е тестването на скоростта на разграждане на новата пластмаса: при идеални условия на компостиране, които събуждат бактериите от тяхното спящо състояние, 90 % от пластмасата изчезва за пет месеца. Хубавото е, че определено ниво на разграждане може да настъпи и при по-малко идеални условия.

Това би могло да бъде от ключово значение при изхвърлянето на такава пластмаса, ако тя бъде разработена за търговски цели. Проучванията показват, че не всички "компостируеми" пластмаси се разграждат така, както е обявено.

Разграждането на пластмасата е тествано в лаборатория. (Kim et al., Nature Communications, 2024)

Освен това изследователите установяват, че спорите на бактериите не само правят пластмасата биоразградима, но и с около 30% по-здрава, като увеличават и нейната разтегливост.

"И двете свойства се подобряват значително само с добавянето на спорите", казва Покорски. "Това е чудесно, защото добавянето на спори изтласква механичните свойства отвъд познатите граници, където преди това е имало компромис между якостта на опън и разтегливостта."

TPU се използва широко във всички видове продукти - от калъфи за телефони до автомобилни части, но понастоящем няма ефективен начин за неговото рециклиране. Тъй като производството на пластмаса се увеличава с бързи темпове, спешно се нуждаем от начини да ограничим количеството, което се изхвърля в околната среда.

Тук има много възможности за бъдещи изследвания: от това да се уверим, че бактериите, които остават след разграждането, са безвредни, до експериментиране с различни комбинации от пластмаси и бактерии и разширяване на целия процес.

Междувременно други изследователи се опитват да създадат пластмаси, които не се произвеждат от изкопаеми горива, като суров петрол или негови производни.

След пет месеца 90 % от пластмасата се разгражда, тъй като в нея са вградени бактериални спори. (Han Sol Kim)

"Има много различни видове пластмаси, които попадат в околната среда - TPU е само един от тях", казва Адам Фейст, биоинженер в Калифорнийския университет в Сан Диего.

"Една от следващите ни стъпки е да разширим обхвата на биоразградимите материали, които можем да създадем с тази технология."

Изследването е публикувано в Nature Communications.

Източник: Science Alert