وابستگی به پلاستیک سبب گردیده است که محققان در مورد ساخت نوع جدیدی از مواد پلاستیک هیجان‌زده باشند – ماده‌ای که به دلیل هاگ‌های باکتریایی موجود در داخل آن قابلیت‌های زیست تخریبی داخلی دارد.

پلاستیک خود تخریبی جدید، ترمو پلاستیک پلی اورتان (TPU) و باکتری Bacillus subtilis که باید برای زنده ماندن در دمای بالا در تولید پلاستیک مهندسی شوند را باهم ترکیب می‌کند.
با قرار دادن مکرر هاگ‌ها در معرض سطوح فزآینده گرما، تیم محققین این کار جدید، دریافتند که این باکتری در نهایت می‌تواند با دمای 135 درجه سانتیگراد (275 درجه فارنهایت) مورد نیاز برای ترکیب کردن هاگ‌های باکتری و TPU با یکدیگر مقابله کند.

ماده TPU در سمت چپ تصویر و باکتری Bacillus subtilis در سمت راست (دانشکده مهندسی دیوید بیلو/ یو سی سن دیگو جاکوبز)

تلاش‌های گذشته برای یافتن راه‌هایی برای تجزیه سریع پلاستیک‌ها، اغلب منشأ گرفته بود از آنزیم‌ها و قارچ‌های باکتریایی که به طور طبیعی در خاک و توده‌های کمپوست فراوان هستند. اما این ماده جدید فقط به هاگ‌های باکتری داخل خود نیاز دارد که با مقداری مواد مغذی و رطوبت دوباره بیدار شوند تا شروع به تجزیه شدن کنند.

جان پوکورسکی، دانشمند پلیمر در دانشگاه سن دیگو (UC San Diego) که این تیم را رهبری می‌کرد، می‌گوید: «آنچه قابل توجه است این است که مواد ما حتی بدون حضور میکروب‌های اضافی تجزیه می‌شوند.
به احتمال زیاد، بیشتر این پلاستیک‌ها احتمالاً به تأسیسات کمپوست‌سازی غنی از میکروبی ختم نمی‌شوند. بنابراین این توانایی خود تخریبی در یک محیط عاری از میکروب، فناوری ما را همه‌کاره‌تر می‌کند.»

این تحقیق شامل چندین مرحله مهم بود که با انتخاب باکتری subtilis شروع شد. این نوعی باکتری است که قبلاً با تجزیه پلاستیک مرتبط بوده است و می‌تواند در حالت غیرفعال و بدون ذخایر معمول غذا و انرژی زنده بماند.

مرحله دیگر آزمایش سرعت تجزیه پلاستیک جدید بود: در شرایط کمپوست ایده‌آل که باکتری‌ها را از حالت خفته خود دوباره بیدار می‌کرد، 90 درصد پلاستیک در پنج ماه ناپدید شده بود و نشانه‌های مثبتی وجود داشت که نشان می‌داد سطحی از تخریب می‌تواند در شرایط کمتر ایده‌آل نیز رخ دهد.

اگر قرار باشد به صورت تجاری توسعه یابد، این می‌تواند نکته کلیدی در مورد دفع چنین پلاستیکی باشد. تحقیقات نشان می‌دهد که همه پلاستیک‌های «کمپوست‌پذیر» آن‌طور که تبلیغ می‌شود تجزیه نمی‌شوند.

تجزیه پلاستیک در آزمایشگاه آزمایش شد. (کیم و همکاران، Nature Communications، 2024)

علاوه بر این، محققان جدا از زیست تخریب پذیری پلاستیک، دریافتند چگونه هاگ‌های باکتری این ماده را تا 30 درصد قوی‌تر کرده و همچنین به قابلیت کششی آن بیافزایند.

پوکورسکی می‌گوید: «هر دوی این ویژگی‌ها تنها با افزودن هاگ‌ها بسیار بهبود می‌یابند. “این عالی است زیرا افزودن هاگ خواص مکانیکی را فراتر از محدودیت‌های شناخته شده می‌کشد، جایی که قبلاً بین استحکام کششی و کشش پذیری تعادل وجود داشت.”
ماده TPU به طور گسترده در انواع محصولات، از قاب گوشی گرفته تا قطعات خودرو استفاده می‌شود، اما در حال حاضر هیچ راه موثری برای بازیافت آن وجود ندارد. از آنجایی که تولید پلاستیک با سرعتی سریع افزایش می‌یابد، ما نیاز فوری به راه هایی برای محدود کردن میزان دور ریز آن در محیط داریم.
همچنان فرصت زیادی برای تحقیقات آینده وجود دارد: از اطمینان از بی‌ضرر بودن باکتری‌های باقی‌مانده پس از تجزیه گرفته تا آزمایش با ترکیب‌های مختلف پلاستیک و باکتری و افزایش کل فرآیند.

در همین حال، محققان دیگری در تلاش هستند تا پلاستیک هایی بسازند که از سوخت های فسیلی مانند نفت خام یا مشتقات آن ساخته نشده باشند.

با جاسازی هاگ های باکتری، 90 درصد پلاستیک پس از 5 ماه تجزیه شد. (هان سول کیم)

آدام فیست، مهندس زیستی در UC San Diego می‌گوید: «انواع مختلفی از پلاستیک‌های تجاری وجود دارد که به محیط زیست ختم می‌شوند – 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.

این تحقیق در Nature Communications منتشر شده است.