“پلاستیک زنده” انقلابی جدید که می تواند آسیب به محیط زیست را کاهش دهد

اندی کوربلی -2 مه 2024-گلوله های پلی اورتان ترموپلاستیک (سمت چپ) و هاگ های Bacillus subtilis (راست) – عکس ها توسط David Baillot/UC San Diego Jacobs School of Engineering

دانشمندان بر این باورند که با افزودن هاگ های باکتریایی که در مراحل تکاملی قرار گرفته اند، راهی پیدا کرده اند که پلاستیک ها را بادوام تر و زیست تخریب پذیرتر کنند.این نوع «پلاستیک زنده» می‌تواند در حدود پنج ماه بدون افزودن میکروب‌های دیگر تجزیه شود.

محققان به رهبری دانشمندان دانشگاه کالیفرنیا سن دیگو (UCSD) این پلاستیک زنده را به شکل پلی یورتان گرمانرم (TPU) ساختند، یک پلاستیک تجاری نرم اما بادوام که در کفش، تشک های کف، کوسن ها و فوم حافظه استفاده می شود.آنها توضیح دادند که این ماده مملو از هاگ های باکتری است که وقتی در معرض مواد مغذی موجود در کمپوست قرار می گیرند، جوانه می زنند و در پایان چرخه زندگی خود تجزیه می شوند.

TPU زیست تخریب پذیر با اسپور باکتری از سویه ای از Bacillus subtilis ساخته شده است که توانایی تجزیه مواد پلیمری پلاستیکی را دارد.

پروفسور جان پوکورسکی، نویسنده ارشد این مطالعه، از دانشکده مهندسی UC San Diego Jacobs، گفت: «این خاصیت ذاتی این باکتری ها است. ما چند سویه را انتخاب کردیم و توانایی آنها را در استفاده از TPUها به عنوان تنها منبع کربن ارزیابی کردیم، سپس یکی را انتخاب کردیم که بهترین رشد را داشت.

تیم تحقیقاتی از اسپورهای باکتریایی که نوعی باکتری خفته است به دلیل مقاومت آنها در برابر شرایط سخت محیطی استفاده کردند.

پوکورسکی توضیح داد که بر خلاف هاگ های قارچ که نقش تولیدمثلی را ایفا می کنند، هاگ های باکتری دارای یک “سپر پروتئینی” محافظ هستند که باکتری ها را قادر می سازد در حالت رویشی زنده بمانند.

برای ساخت این پلاستیک زیست تخریب پذیر، محققان اسپورهای Bacillus subtilis و گلوله های TPU را در یک اکسترودر پلاستیکی تغذیه کردند. مواد مخلوط شده و در دمای بیش از 200 درجه فارنهایت ذوب شدند، سپس به صورت نوارهای پلاستیکی نازک اکسترود شدند.

برای ارزیابی زیست تخریب پذیری مواد، نوارها در هر دو محیط کمپوست فعال میکروبی و استریل قرار گرفتند. پروفسور پوکورسکی گفت که تنظیمات کمپوست در حدود 100 درجه فارنهایت با رطوبت نسبی بین 44 تا 55 درصد حفظ می شود.

آب و سایر مواد مغذی موجود در کمپوست باعث جوانه زنی هاگ ها در نوارهای پلاستیکی شد که طی پنج ماه به 90 درصد تخریب رسید.

«آنچه قابل توجه است این است که مواد ما حتی بدون حضور میکروب های اضافی تجزیه می شود. پروفسور پوکورسکی گفت: به احتمال زیاد، بیشتر این پلاستیک‌ها احتمالاً در تأسیسات کمپوست غنی از میکروبی قرار نخواهند گرفت.بنابراین این توانایی خود تخریبی در محیطی عاری از میکروب باعث می شود فناوری ما همه کاره تر شود.

هان سول کیم (Han Sol Kim) که یکی از نویسندگان این مطالعه است، یک محقق فوق دکترا در آزمایشگاه پوکورسکی، کشش و استحکام اعتبار پلاستیک زنده را آزمایش می کند .اگرچه محققان هنوز باید آنچه را که پس از تجزیه مواد باقی می‌ماند مطالعه کنند، آنها معتقدند که هر گونه اسپور باکتریایی باقیمانده احتمالاً بی‌ضرر است.

پوکورسکی توضیح داد که Bacillus subtilis سویه ای است که در پروبیوتیک ها استفاده می شود و به طور کلی برای انسان و حیوانات بی خطر است و حتی می تواند برای سلامت گیاهان مفید باشد.

برای این مطالعه که در مجله Nature Communications منتشر شد، هاگ‌های باکتری به‌صورت تکاملی برای سازگاری با دماهای داغ لازم برای ساخت TPU به حرکت در آمدند. سویه هایی که از این فرآیند جان سالم به در می برند، سپس جدا شده و دوباره در چرخه قرار می گیرند.

پلاستیک های دیگری که تجزیه می شوند: دانشمندان اولین پلاستیک یکبار مصرف واقعاً زیست تخریب پذیر جهان را ایجاد کردند که “خود را می خورد” فقط در 2 هفته.

دکتر آدام فیست، نویسنده ارشد این مطالعه، دانشمند تحقیقاتی مهندسی زیستی در UCSD گفت: “ما به طور مداوم سلول ها را بارها و بارها تکامل دادیم تا زمانی که به سویه ای رسیدیم که برای تحمل گرما بهینه شده است.” شگفت‌انگیز است که این فرآیند تکامل و انتخاب باکتری برای این منظور چقدر خوب عمل کرده است.»

او گفت که هاگ ها همچنین به عنوان یک پرکننده تقویت کننده عمل می کنند، مشابه اینکه میلگرد بتن را تقویت می کند، که در نتیجه یک نوع TPU با خواص مکانیکی پیشرفته ایجاد می شود – که نیاز به نیروی بیشتری برای شکستن دارد و کشش پذیری بیشتری را نشان می دهد.

پوکورسکی می‌گوید: «این عالی است زیرا افزودن هاگ خواص مکانیکی را فراتر از محدودیت‌های شناخته شده می‌برد، جایی که قبلاً بین استحکام کششی و کشش‌پذیری معاوضه وجود داشت.»

تیم تحقیقاتی اکنون روی بهینه سازی رویکرد برای استفاده در مقیاس صنعتی کار می کند. دکتر فیست گفت:

“انواع مختلفی از پلاستیک های تجاری وجود دارد که به محیط زیست ختم می شوند – TPU تنها یکی از آنهاست.” یکی از گام های بعدی ما گسترش دامنه مواد زیست تخریب پذیر است که می توانیم با این فناوری بسازیم.

در رابطه با بازارهای بیشتری که به دنبال استفاده از این هستند، و اشکال دیگر فناوری مشابه، همیشه این سوال مطرح می شود که ساخت آن چقدر گران است. پلاستیک ها به صورت انبوه تولید می شوند، و هر چیزی که خراب می شود باید با قیمت قابل قبولی قیمت گذاری شود و به صورت فله ای تولید شود تا این پلاستیک و سایر پلاستیک های زیست تخریب پذیر بتوانند مورد استفاده قرار گیرند.