Представьте пластик, который служит ровно столько, сколько нужно, а потом по сигналу просто исчезает, не оставляя после себя вредных микропластиковых крошек. Звучит как фантастика? Китайские исследователи из Шэньчжэньских институтов передовых технологий уже сделали первый шаг к реальности. Они встроили в обычный полимер «спящие» споры бактерий, которые по команде просыпаются и полностью переваривают материал изнутри.
Новый материал получил название «живой пластик». В его основе — споры обычной почвенной бактерии Bacillus subtilis, которые остаются неактивными во время обычной эксплуатации изделия. Когда приходит время, внешний триггер будит их, и бактерии начинают производить специальные ферменты, которые буквально съедают пластик.
Как устроена саморазлагающаяся система
Ученые пошли дальше предыдущих экспериментов с «живыми» материалами. Вместо одного фермента они использовали два штамма бактерий, которые работают в команде. Первый вырабатывает липазу Candida antarctica — она хаотично разрезает длинные молекулярные цепи полимера на короткие фрагменты. Второй производит липазу Burkholderia cepacia, которая методично «обгладывает» эти обломки с концов, превращая их в безвредные маленькие молекулы.
В качестве основы выбрали поликапролактон — полиэфир, который уже используют в 3D-печатных нитях и рассасывающихся хирургических швах. Внедрение спор почти не повлияло на механические свойства: полученная пленка осталась прочной и гибкой, как обычный пластик.
Проверка в деле
Для активации пленку поместили в питательный бульон, нагретый до 50 °C (122 °F). Уже через шесть дней она полностью исчезла, не оставив ни одного микропластикового фрагмента. Это важное преимущество по сравнению с традиционными «биоразлагаемыми» пластиками, которые часто просто крошатся на вредные частицы.
Ученые даже собрали прототип носимого электрода из «живого» пластика. Датчик успешно считывал сигналы мышц руки, а после активации полностью разложился примерно за две недели, оставив только медные проводники. В будущем такие материалы помогут легко отделять перерабатываемую электронику от одноразовой полимерной основы.
Пока технология работает только с относительно «мягким» поликапролактоном. С массовыми видами пластика — полиэтиленом, полипропиленом или ПЭТ — она пока не справляется. Кроме того, для запуска разложения нужен теплый питательный бульон — условие, удобное в лаборатории, но пока не подходящее для океанского мусора или обычной упаковки.
Тем не менее, исследование, опубликованное в журнале ACS Applied Polymer Materials, открывает новую главу в создании экологичных материалов. Если ученые найдут способы упростить активацию и расширить список полимеров, «живой пластик» может радикально изменить подход к утилизации отходов.
