Ученые из Китая создали именно такой материал, который полностью разрушается за шесть дней и не оставляет после себя частиц микропластика. Идея оказалась простой и одновременно смелой: превратить микробов во встроенную «службу утилизации» для самого материала. Некоторые бактерии в процессе своей жизнедеятельности вырабатывают ферменты, которые разрезают длинные полимерные цепи на более короткие фрагменты и, в итоге, на мономеры — исходные строительные блоки. Пластики тоже состоят из полимеров, значит, теоретически их можно разрушать теми же инструментами.
Ранее в экспериментах по созданию «живого пластика» часто использовали один фермент, что ограничивало скорость и полноту разложения материала. Команда Чжоуцзюня Дая, Цзинь Гэна и Дяньпэна Ци пошла дальше: они генетически модифицировали бактерию Bacillus subtilis так, чтобы она производила сразу два фермента, разрушающих полимер. Первый фермент «рубил» длинные цепочки в случайных местах, превращая их в более короткие отрезки. Второй «доедал» эти фрагменты с концов, расщепляя их до отдельных мономеров.
Чтобы сделать пластик, ученые смешали споры B. subtilis с поликапролактоном — распространенным полимером, который используют, например, в 3D-печати и в качестве шовного материала в хирургии. В форме спор бактерии находятся в «спящем» состоянии и не портят материал в обычных условиях. Полученная пленка по прочности и гибкости почти не отличалась от обычного поликапролактона: добавление спор практически не ослабило ее механические свойства.
Активация происходила по сигналу: к материалу добавляли питательный раствор, подогретый до 50 °C. В таких условиях споры просыпались, начинали делиться и вырабатывать ферменты. Уже через шесть дней пластик был полностью разложен до мономеров. Поскольку ферменты работали последовательно и достаточно эффективно, материал не превращался в крошку из частиц, а распадался полностью, без образования микропластика.
Чтобы показать практический потенциал технологии, команда изготовила из «живого» пластика носимый электрод. Устройство нормально работало, а после активации полностью исчезло за две недели. Такой подход особенно перспективен для изделий, которым нужна ограниченная «жизнь»: одноразовые медицинские сенсоры и инструменты, упаковка, одноразовая посуда, временные элементы электроники, биодеградируемые имплантаты.
Пока что авторы работы протестировали технологию лишь на одном виде полимера и запускали процесс в условиях, далеких от природных: с подогревом и питательной средой. Следующая цель — научиться активировать споры в воде, где накапливается значительная часть пластикового мусора. Ученые рассчитывают, что тот же принцип — «встраивание» спящих микробов и «двойного» ферментного каскада — со временем можно будет адаптировать и к более распространенным видам пластика, который используется в упаковке и одноразовых товарах.
Ранее ученые разработали метод очистки водоемов от микропластика с помощью специальных водорослей.