Исследователи из Университета Ратгерса представили технологию, которая может радикально изменить представление о пластмассах. Им удалось создать синтетический материал, способный самостоятельно разлагаться по заранее заданной программе — и всё это без использования новых химических соединений. Секрет кроется в том, как именно молекулы полимера складываются в пространстве.
Современные пластики разработаны так, чтобы служить максимально долго — иногда слишком долго. В природе всё иначе: биополимеры вроде ДНК, РНК или белков работают определённое время, а затем естественным образом распадаются. Учёные решили: почему бы не перенести этот природный «механизм самоуничтожения» в мир синтетических материалов?
Как устроена технология
Ключевым инструментом стала конформационная предорганизация — заранее заданное сгибание молекулы в форму, которая облегчает разрыв определённой связи, когда наступает нужный момент. Представьте лист бумаги: если провести по нему складку, разорвать его впоследствии гораздо проще. С пластиком исследователи сделали примерно то же самое — только на молекулярном уровне.
Каждый полимер содержит связи, которые могли бы разрушиться под воздействием влаги, света или химических изменений. Но в обычных пластиках эти связи «спрятаны» внутри структуры. Учёные изменили форму молекул так, чтобы уязвимые связи оказывались доступными именно тогда, когда нужно.
Для этого исследователи использовали обычный тип химической связи, встречающийся во множестве пластиков, но дополнительно снабдили её маленькими «помощниками» — боковыми группами. Эти группы способны повернуться в нужный момент и «щёлкнуть» связь, если на молекулу подействует вода, свет или другие внешние факторы.
Самое впечатляющее: изменив геометрию этих боковых групп, можно регулировать срок службы материала. Один и тот же пластик может сохранять форму несколько дней, месяцев или даже десятилетий — всё решает угол поворота химической «шестерёнки».
Зачем это нужно
Технология идеально подходит для создания пластика, который после выполнения задачи просто исчезает. Например:
- упаковка и контейнеры для еды;
- одноразовые товары;
- материалы, рассчитанные на часы или дни использования.
Но и более «серьёзные» изделия — детали автомобилей, элементы инфраструктуры — тоже могут получить такую функцию. Их можно спроектировать так, чтобы они служили десятилетия, а затем медленно разлагались под воздействием окружающей среды.
Исследователи показали, что разложение можно запускать светом или ионами металлов, фактически превращая процесс в переключатель «вкл/выкл».
Пока что технология существует только в лабораторных образцах. Учёным предстоит:
- проверить безопасность новых материалов;
- протестировать их в составе реальных пластиков;
- адаптировать технологию под массовое производство.
Тем не менее исследователи уверены: мы получили новый инструментарий для перепроектирования пластиков, не меняя их базовую химию.
Исследование опубликовано в журнале Nature Chemistry.
