طوّر العلماء “مواد بلاستيكية حية” يمكن برمجتها لتحطيم نفسها عند إطلاقها.
يتم تصنيع العديد من العناصر البلاستيكية للاستخدام مرة واحدة، ولكن يمكن أن تبقى المواد في البيئة لسنوات. يستكشف الباحثون نهجًا مختلفًا: المواد البلاستيكية الحية، وهي مواد مصنوعة من ميكروبات يمكن تنشيطها لتكسير البوليمر عند الحاجة.
وفي دراسة نشرت في مواد البوليمر التطبيقية من ACS، استخدم الفريق سلالتين بكتيريتين متعاونتين لتحليل البلاستيك بالكامل في ستة أيام فقط دون إنتاج مواد بلاستيكية دقيقة.
يمكن للمواد البلاستيكية أن تدمر نفسها ذاتياً
ويوضح تشوجون داي، المؤلف المشارك في البحث، أن “إدراك أن المواد البلاستيكية التقليدية تستمر لعدة قرون، في حين أن العديد من التطبيقات، مثل التعبئة والتغليف، قصيرة الأجل، دفعنا إلى التساؤل: هل يمكننا إضافة التحلل مباشرة إلى دورة حياة المادة؟”
تصنع بعض الميكروبات إنزيمات يمكنها تقطيع سلاسل البوليمر الطويلة إلى أجزاء أصغر. وبما أن البلاستيك عبارة عن بوليمرات، فمن المحتمل أن يتمكن الباحثون من وضع تلك الإنزيمات، أو الميكروبات التي تنتجها، مباشرة في المواد البلاستيكية الحية.
يوضح داي: “من خلال دمج هذه الميكروبات، يمكن للمواد البلاستيكية أن “تنبض بالحياة” وتدمر نفسها ذاتيًا عند الطلب، مما يحول المتانة من مشكلة إلى ميزة قابلة للبرمجة”.
أنهى إنزيمان المهمة
اعتمدت الجهود السابقة في الغالب على إنزيم واحد، لكن داي وجين جينج وديانبينج تشي وزملائهم كانوا يهدفون إلى جعل عملية التحلل أكثر كفاءة. لقد صمموا العصوية الرقيقة لإنتاج إنزيمين محللين للبوليمر يعملان بالتسلسل. يقوم أحد الإنزيمات بتقطيع سلاسل البوليمر الطويلة إلى قطع أصغر في نقاط عشوائية، بينما يقوم الإنزيم الثاني بتكسير تلك القطع الصغيرة من الأطراف إلى وحدات بناء المونومر الخاصة بها.
وقد جمع الباحثون نائمة ب. الرقيقة جراثيم تحتوي على بولي كابرولاكتون (بوليمر شائع في الطباعة ثلاثية الأبعاد وبعض الغرز الجراحية)، مما يسمح للميكروبات بالبقاء محمية حتى التنشيط. كان للبلاستيك الحي الناتج خواص ميكانيكية قريبة من أفلام البولي كابرولاكتون العادية.
عندما أضاف الباحثون مرقًا مغذيًا تم تسخينه إلى 122 درجة فهرنهايت (50 درجة مئوية)، أصبحت الجراثيم نشطة وتحلل البلاستيك بالكامل إلى وحدات البناء الأساسية خلال ستة أيام. ونظرًا لأن الإنزيمين عملا معًا بفعالية كبيرة، فقد تجنبت العملية توليد جزيئات بلاستيكية دقيقة أثناء التحلل.
كما تعطلت الأجهزة المبكرة
وكعرض توضيحي مبكر، صنع الفريق قطبًا بلاستيكيًا يمكن ارتداؤه من البلاستيك الحي. عمل الجهاز كما هو متوقع ثم تدهور بالكامل خلال أسبوعين.
بعد ذلك، يريد الباحثون إنشاء طريقة لتنشيط الجراثيم في الماء، حيث يتراكم الكثير من التلوث البلاستيكي في النهاية. على الرغم من أن العمل تركز على بوليمر واحد، إلا أنه من الممكن تكييف نفس الاستراتيجية العامة مع المواد البلاستيكية الأخرى، بما في ذلك المواد المستخدمة غالبًا في المنتجات ذات الاستخدام الواحد.
المرجع: “المواد البلاستيكية الحية القابلة للتحلل المبرمجة بواسطة اتحادات ميكروبية هندسية” بقلم تشينوانغ تانغ، وجينغ صن، وتشينغ وانغ، ورونتاو تشو، ولين وانغ، وجوانجفا شيانغ، وجياكسين تانغ، وجي لي، وهانغ تشاو، وشوهوي لي، وجونسونج صن، وتشييوان ليو، وجين قنغ، وديانبينج تشي، وزوجون داي، 9 أبريل 2026، مواد البوليمر التطبيقية من ACS.
دوى: 10.1021/acsapm.5c04611
بتمويل من البرنامج الوطني للبحث والتطوير الرئيسي في الصين، وصندوق شنتشن للأبحاث الطبية، والمؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين، وصناديق العلوم الطبيعية في قوانغدونغ للعلماء الشباب المتميزين، وبرنامج شنتشن للعلوم والتكنولوجيا.
لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.