चीनी शोधकर्ताओं ने एक ऐसा स्विच करने योग्य जीवित प्लास्टिक विकसित किया है जो पूरी तरह से विघटित हो सकता है।

यह अध्ययन एसीएस एप्लाइड पॉलीमर मैटेरियल्स में प्रकाशित हुआ है। इसमें इंजीनियर किए गए बैसिलस सबटिलिस के निष्क्रिय बीजाणुओं से युक्त पॉलीकैप्रोलैक्टोन मैट्रिक्स का वर्णन किया गया है। सामान्य परिस्थितियों में, यह पदार्थ मानक प्लास्टिक की तरह व्यवहार करता है। ट्रिगर लगाने पर, बीजाणु सक्रिय हो जाते हैं।

जीवाणु तंत्र कैसे काम करता है

यह डिज़ाइन दो जीवाणु उपभेदों के क्रमिक कार्य पर आधारित है। पहला उपभेद एक एंजाइम उत्पन्न करता है जो लंबी बहुलक श्रृंखलाओं को छोटे टुकड़ों में काट देता है। इससे पदार्थ में नए प्रवेश बिंदु बन जाते हैं। फिर दूसरा एंजाइम इन टुकड़ों पर उनके सिरों से हमला करता है। ये दोनों उपभेद मिलकर विघटन की प्रक्रिया को तब तक तेज करते हैं जब तक कि केवल छोटे अणु ही शेष न रह जाएं।

यह दो-चरणीय प्रक्रिया कई जैवअपघटनीय प्लास्टिकों से जुड़ी एक जानी-मानी समस्या का समाधान करती है। मानक जैवअपघटनीय प्लास्टिक अक्सर पूरी तरह से नष्ट होने से पहले ही छोटे-छोटे टुकड़ों में टूट जाते हैं। ये टुकड़े मिट्टी और पानी में सूक्ष्म प्लास्टिक के रूप में बने रहते हैं। शोध दल के अनुसार, शेन्ज़ेन में प्राप्त सामग्री बिना कोई अवशेष छोड़े पूरी तरह से विघटित हो गई।

पॉलीकैप्रोलैक्टोन एक अपेक्षाकृत आसानी से विघटित होने वाला पॉलिएस्टर है। यह पहले से ही 3D प्रिंटिंग फिलामेंट्स और घुलनशील सर्जिकल टांकों में पाया जाता है। यह पॉलीइथिलीन, पॉलीप्रोपाइलीन और पीईटी से काफी अलग है, जो वैश्विक प्लास्टिक कचरे में प्रमुख भूमिका निभाते हैं। फिर भी, इस प्रयोग से एक उपयोगी आधारभूत परिणाम प्राप्त हुआ। बीजाणुओं से युक्त फिल्म ने मानक पॉलीकैप्रोलैक्टोन के समान यांत्रिक गुण बनाए रखे। जीवित बैक्टीरिया मिलाने से भी सक्रिय अवस्था के दौरान सामग्री कमजोर नहीं हुई।

सक्रियण के लिए अभी भी प्रयोगशाला की स्थितियों की आवश्यकता होती है

प्रयोग की परिस्थितियाँ पूरी तरह से नियंत्रित रखी गईं। प्रयोग में, शोधकर्ताओं ने प्लास्टिक को लगभग 50 डिग्री सेल्सियस तापमान वाले गर्म पोषक घोल में रखा। इसके बाद बीजाणु सक्रिय हो गए और छह दिनों के भीतर प्लास्टिक पूरी तरह से विघटित हो गई।

ये परिस्थितियाँ प्राकृतिक वातावरण में पाई जाने वाली किसी भी चीज़ से बिल्कुल भिन्न हैं। फेंका हुआ जीवित प्लास्टिक का टुकड़ा लैंडफिल, नदी या खाद के डिब्बे में नष्ट नहीं होगा। इसे सक्रिय करने के लिए जानबूझकर हस्तक्षेप की आवश्यकता होती है। यह बाधा निकट भविष्य में इसके उपयोग को सीमित करती है, लेकिन साथ ही एक चिंता को भी कम करती है: उपयोग या भंडारण के दौरान समय से पहले क्षरण।

टीम ने जीवित प्लास्टिक से एक पहनने योग्य इलेक्ट्रोड भी बनाया। इसने मानव हाथ से मांसपेशियों के संकेतों का पता लगाया। सक्रिय होने पर, इलेक्ट्रोड लगभग दो सप्ताह में विघटित हो गया। तांबे का सर्किट बरकरार रहा। विघटित होने योग्य पॉलिमर को पुनर्प्राप्त करने योग्य धातु से अलग करने से डिस्पोजेबल इलेक्ट्रॉनिक्स के प्रबंधन के लिए एक संभावित दृष्टिकोण का संकेत मिलता है, जहां वर्तमान में मिश्रित सामग्री रीसाइक्लिंग को जटिल बनाती है।

यह व्यापक अनुसंधान क्षेत्र में कहाँ स्थित है?

शेन्ज़ेन का यह शोध सिंथेटिक बायोलॉजी के बढ़ते शोध पर आधारित है। नेचर केमिकल बायोलॉजी में 2019 में प्रकाशित एक अध्ययन से पता चला कि बैसिलस सबटिलिस के बीजाणु 3डी-प्रिंटेड सामग्रियों के अंदर जीवित रह सकते हैं और दरारों जैसे सतह परिवर्तनों पर प्रतिक्रिया कर सकते हैं। नेचर केमिकल इंजीनियरिंग में प्रकाशित एक हालिया शोध में पाया गया कि बीजाणु-आधारित जीवित प्लास्टिक उच्च तापमान और कार्बनिक विलायकों को सहन कर सकते हैं। यह खोज औद्योगिक प्रसंस्करण वातावरण के लिए महत्वपूर्ण है, जहां मानक जैव-अपघटनीय सामग्रियां अक्सर विफल हो जाती हैं।

शेन्ज़ेन प्रोटोटाइप एक अवधारणा का प्रमाण है। यह अभी तक उन प्लास्टिक की समस्या का समाधान नहीं करता है जो वैश्विक कचरे का सबसे बड़ा हिस्सा बनाते हैं। इस दृष्टिकोण को सामान्य पॉलिमर तक विस्तारित करने और प्रयोगशाला के बाहर व्यावहारिक सक्रियण प्रणालियों को विकसित करने के लिए काफी आगे काम करने की आवश्यकता होगी।

प्लास्टिक प्रदूषण पर नज़र रखने वाले निवेशकों और नीति निर्माताओं के लिए प्रासंगिक प्रश्न यह है कि क्या निर्देशानुसार विघटन की प्रक्रिया को अंततः बड़े पैमाने पर उत्पाद डिज़ाइन में एकीकृत किया जा सकता है। कम समय तक चलने वाले उत्पाद पर्यावरणीय प्रदूषण का एक प्रमुख स्रोत हैं। इनमें चिकित्सा उपकरण, पहनने योग्य सेंसर, कृषि फ़िल्में और एकल-उपयोग पैकेजिंग शामिल हैं। एक ऐसी सामग्री जो उपयोग के दौरान स्थिर रहती है और फिर निर्देशानुसार पूरी तरह से विघटित हो जाती है, इससे निपटान की लागत और नियामक दायित्व में कमी आ सकती है।

यह शोध अभी तक उस प्रश्न का उत्तर नहीं देता है। लेकिन यह इस बात का प्रमाण अवश्य देता है कि सजीव पदार्थ पूरी तरह से विघटित हो सकते हैं, उपयोग के दौरान अपने कार्यात्मक गुणों को बनाए रख सकते हैं और इलेक्ट्रॉनिक अनुप्रयोगों में उपयोग किए जा सकते हैं। इनमें से प्रत्येक परिणाम पहले अनिश्चित था।

जलवायु और जैव विविधता विशेषज्ञों ने लंबे समय से सूक्ष्म प्लास्टिक प्रदूषण को एक गंभीर पर्यावरणीय जोखिम के रूप में पहचाना है। पॉलिमर के टुकड़े समुद्री पारिस्थितिकी तंत्र, कृषि मिट्टी और मानव ऊतकों में जमा हो जाते हैं। विखंडन के बजाय पूर्ण विघटन ही वह मानक है जिसकी मांग नियामक और शोधकर्ता लगातार कर रहे हैं। शेन्ज़ेन अध्ययन इस मानक को पूरा करने का एक विश्वसनीय मार्ग दिखाता है, भले ही व्यावसायिक उपयोग तक पहुंचने में अभी काफी समय लगे।