Birçok plastik ürün yalnızca birkaç dakika veya saat kullanılıyor, ancak malzeme çevrede onlarca hatta yüzyıllarca kalabiliyor. Araştırmacılar şimdi farklı bir yaklaşımı araştırıyor: Aktive edildiğinde kendini parçalamak üzere tasarlanmış plastikler.
Bilim insanları, günler içinde kendini yok eden ve arkasında mikroplastik bırakmayan 'yaşayan plastik' yarattı. Kredi: ShutterstockYaşayan plastik olarak bilinen bu malzemeler, çevredeki polimeri parçalayabilen uyuyan mikroplar içeriyor. ACS Applied Polymer Materials dergisinde yayımlanan bir çalışmada bilim insanları, altı günde tamamen bozunan ve mikroplastik üretmeyen bir versiyon geliştirdi.
Makalenin sorumlu yazarlarından Zhuojun Dai, "Geleneksel plastiklerin yüzyıllarca dayandığını, oysa ambalaj gibi birçok uygulamanın kısa ömürlü olduğunu fark etmek bizi şu soruyu sormaya yöneltti: Bozunmayı doğrudan malzemenin yaşam döngüsüne dahil edebilir miyiz?" diye açıklıyor.
Mikropları Yerleşik Bir İmha Sistemine Dönüştürmek
Bazı mikroorganizmalar, uzun polimer zincirlerini daha küçük parçalara ayıran enzimler üretir. Plastikler polimerlerden yapıldığı için araştırmacılar, bu enzimlerin veya onları üreten mikropların doğrudan plastik malzemelere gömülüp gömülemeyeceğini araştırıyor.
Dai, "Bu mikropları gömerek plastikler etkili bir şekilde 'canlanabilir' ve komut üzerine kendini yok edebilir, böylece dayanıklılık bir sorun olmaktan çıkıp programlanabilir bir özellik haline gelir" diye açıklıyor.
Önceki yaşayan plastik tasarımları genellikle tek bir enzime dayanıyordu ve bu da malzemenin ne kadar verimli parçalanabileceğini sınırlıyordu. Süreci iyileştirmek için Dai, Jin Geng ve Dianpeng Qi, birlikte çalışan iki polimer parçalayıcı enzim üretmek üzere Bacillus subtilis'i mühendislik ürünü olarak tasarladı.
İlk enzim, uzun polimer zincirlerini rastgele noktalardan keserek daha kısa bölümlere ayırıyor. İkinci enzim ise bu parçaların uçlarından çalışarak onları daha da küçük monomer yapı taşlarına ayırıyor.
Altı Günde Tamamen Bozunma
Araştırmacılar, uyuyan B. subtilis sporlarını polikaprolakton (3D baskı ve bazı cerrahi dikişlerde yaygın olarak kullanılan bir polimer) ile birleştirdi. Bakterileri spor formunda tutmak, ekip bozunma sürecini başlatmaya hazır olana kadar onları korudu.
Ortaya çıkan yaşayan plastik, sıradan polikaprolakton filmlerine benzer mekanik özelliklere sahipti. Normal koşullar altında güçlü ve işlevsel kaldı; bu da spor eklemenin malzemeyi önemli ölçüde zayıflatmadığını gösteriyor.
Bakterileri aktive etmek için ekip, 122 derece Fahrenheit'e (50 santigrat derece) ısıtılmış bir besin suyu ekledi. Sporlar aktif hale geldi ve iki enzimi üretmeye başladı. Altı gün içinde plastik, temel yapı taşlarına tamamen indirgenmişti.
Enzimler sırayla çalıştığı için malzeme basitçe daha küçük plastik parçalara ufalanmadı. Süreç, ayrışma sırasında mikroplastik oluşumunu önleyecek kadar verimliydi.
Yok Olan Giyilebilir Bir Cihaz
Olası bir gerçek dünya kullanımını göstermek için araştırmacılar, yaşayan malzemeden giyilebilir bir plastik elektrot yaptı. Cihaz beklendiği gibi çalıştı ve aktivasyondan sonra iki hafta içinde tamamen bozundu.
Bu sonuç, yaşayan plastiklerin nihayetinde sınırlı bir süre dayanıklı kalması gereken ancak atıldıktan sonra kalıcı olmaması gereken ürünlerde kullanılabileceğini gösteriyor.
Teknolojiyi Diğer Plastiklere Yaymak
Ekip şimdi, plastik kirliliğinin önemli bir kısmının biriktiği suda bakteri sporlarını aktive eden bir yöntem geliştirmeyi umuyor.
Deneyler tek bir polimere odaklanmış olsa da araştırmacılar, aynı genel stratejinin tek kullanımlık ürünlerde yaygın olarak kullanılan plastikler de dahil olmak üzere diğer malzemelere uyarlanabileceğine inanıyor.
Yazarlar, Çin Ulusal Anahtar Araştırma ve Geliştirme Programı, Shenzhen Tıbbi Araştırma Fonu, Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı, Guangdong Seçkin Genç Bilim İnsanları Doğa Bilimleri Fonu ve Shenzhen Bilim ve Teknoloji Programı'ndan aldıkları fonları onaylıyor.
