Наша зависимость от пластика стала огромной проблемой, поэтому исследователи воодушевлены новым типом материала, который обладает встроенными способностями к биоразложению благодаря бактериальным спорам, живущим внутри него. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.
Новый саморазлагающийся пластик сочетает в себе термопластичный полиуретан (ТПУ) и бактерии Bacillus subtilis, которые пришлось создать, чтобы выдерживать высокие температуры, возникающие при производстве пластика.
Неоднократно подвергая споры воздействию повышенного уровня тепла, команда исследователей, стоящих за этой новой работой, обнаружила, что бактерии в конечном итоге могут справиться с температурой 135 градусов по Цельсию (275 градусов по Фаренгейту), необходимой для смешивания бактериальных спор и ТПУ.
Прошлые попытки найти способы быстрого разложения пластика часто приводили к получению бактериальных ферментов и грибов из почв и компостных куч, где эти микробы естественным образом присутствуют в изобилии. Но для того, чтобы этот новый материал начал разрушаться, нужны только бактериальные споры внутри него, пробужденные некоторыми питательными веществами и влагой.
«Что примечательно, так это то, что наш материал разрушается даже без присутствия дополнительных микробов», — говорит Джон Покорски из Университета Сан-Диего (UC San Diego), возглавлявший команду. «Скорее всего, большая часть этих пластиков, скорее всего, не попадет на предприятия по компостированию, богатые микробами. Таким образом, эта способность саморазлагаться в среде, свободной от микробов, делает нашу технологию более универсальной».
Исследование включало несколько важных этапов, начиная с выбора B. subtilis. Это тип бактерий, который ранее был связан с расщеплением пластика, и он может выжить в спящем состоянии без обычных запасов пищи и энергии.
Другим этапом было тестирование скорости разложения нового пластика: в идеальных условиях компостирования, которые вывели бактерии из спящего состояния, 90 процентов пластика исчезло за пять месяцев. Имелись положительные признаки того, что некоторый уровень деградации может произойти и в менее идеальных условиях.
Это могло бы стать ключевым моментом в утилизации такого пластика, если бы он был коммерчески разработан. Исследования показывают, что не все «компостируемые» пластмассы разлагаются так, как рекламируется.
Более того, исследователи не только сделали пластик биоразлагаемым, но и обнаружили, что споры бактерий делают материал примерно на 30 процентов прочнее, а также повышают его растяжимость.
«Оба этих свойства значительно улучшаются при добавлении спор», — говорит Покорски. «Это здорово, потому что добавление спор выводит механические свойства за пределы известных ограничений, где раньше существовал компромисс между прочностью на разрыв и растяжимостью».
ТПУ широко используется во всех видах продукции, от чехлов для телефонов до автомобильных деталей, но в настоящее время не существует эффективного способа его переработки. Поскольку производство пластика растет быстрыми темпами, нам срочно нужны способы ограничить его выбросы в окружающую среду.
Здесь есть много возможностей для будущих исследований: от проверки того, что бактерии, оставшиеся после разложения, безвредны, до экспериментов с различными комбинациями пластика и бактерий и масштабирования всего процесса.
Другие исследователи тем временем пытаются производить пластмассы, которые не производятся из ископаемого топлива, такого как сырая нефть или их производные.
«Существует множество различных видов коммерческого пластика, попадающего в окружающую среду, ТПУ — лишь один из них», — говорит Адам Файст, биоинженер из Калифорнийского университета в Сан-Диего. «Один из наших следующих шагов — расширить спектр биоразлагаемых материалов, которые мы можем производить с помощью этой технологии».
