Penyelidik di Institut Teknologi Termaju Shenzhen telah membangunkan plastik yang membawa bakteria hidup di dalamnya. Apabila dicetuskan, bakteria tersebut akan bangun dan memakan bahan tersebut dari dalam. Hasilnya ialah degradasi sepenuhnya, tanpa sisa mikroplastik yang tertinggal.
Kajian ini muncul dalam ACS Applied Polymer Materials. Ia menerangkan matriks polikaprolakton yang terbenam dalam spora dorman Bacillus subtilis yang direkayasa. Di bawah keadaan biasa, bahan tersebut bertindak seperti plastik standard. Gunakan pencetus, dan spora akan diaktifkan.
Bagaimana Sistem Bakteria Berfungsi
Reka bentuk ini bergantung pada dua strain bakteria yang berfungsi secara berurutan. Yang pertama menghasilkan enzim yang memotong rantai polimer panjang menjadi serpihan yang lebih pendek. Ini mewujudkan titik masuk baharu di seluruh bahan. Enzim kedua kemudian menyerang serpihan tersebut dari hujungnya. Bersama-sama, kedua-dua strain mempercepatkan pemecahan sehingga hanya molekul kecil yang tinggal.
Mekanisme dua peringkat ini menangani masalah yang telah didokumentasikan dengan baik dengan banyak plastik terbiodegradasi. Bahan terbiodegradasi standard sering berpecah sebelum hilang sepenuhnya. Serpihan tersebut kekal dalam tanah dan air sebagai mikroplastik. Bahan Shenzhen, menurut pasukan penyelidikan, terdegradasi sepenuhnya tanpa meninggalkan sisa tersebut.
Polikaprolakton ialah poliester yang agak mudah diurai. Ia sudah pun muncul dalam filamen percetakan 3D dan jahitan pembedahan yang boleh larut. Ia agak jauh daripada polietilena, polipropilena dan PET yang mendominasi sisa plastik global. Walaupun begitu, eksperimen ini menghasilkan keputusan asas yang berguna. Filem yang terbenam spora mengekalkan sifat mekanikal yang setanding dengan polikaprolakton standard. Menambah bakteria hidup tidak melemahkan bahan tersebut semasa hayat aktifnya.
Pengaktifan Masih Memerlukan Keadaan Makmal
Keadaan pencetus kekal dikawal ketat. Dalam eksperimen tersebut, para penyelidik meletakkan plastik dalam sup nutrien suam pada suhu kira-kira 50 darjah Celsius. Spora kemudian diaktifkan, dan filem itu rosak sepenuhnya dalam masa enam hari.
Keadaan tersebut jauh berbeza daripada apa yang ditemui dalam persekitaran semula jadi. Sekeping plastik hidup yang dibuang tidak akan terurai di tapak pelupusan sampah, sungai atau tong kompos. Pengaktifan memerlukan campur tangan yang disengajakan. Kekangan itu mengehadkan aplikasi jangka pendek tetapi juga mengurangkan satu kebimbangan: degradasi pramatang semasa penggunaan atau penyimpanan.
Pasukan itu juga menghasilkan elektrod yang boleh dipakai daripada plastik hidup. Ia mengesan isyarat otot daripada lengan manusia. Apabila dicetuskan, elektrod tersebut terdegradasi dalam masa kira-kira dua minggu. Litar tembaga kekal utuh. Pemisahan polimer boleh terdegradasi daripada logam boleh dipulihkan itu menunjukkan pendekatan yang berpotensi untuk mengendalikan elektronik pakai buang, di mana bahan campuran kini merumitkan kitar semula.
Di Mana Ini Berada dalam Bidang Penyelidikan yang Lebih Luas
Kerja Shenzhen ini menggunakan kajian biologi sintetik yang semakin berkembang. Satu kajian pada tahun 2019 dalam Nature Chemical Biology menunjukkan bahawa spora Bacillus subtilis boleh hidup di dalam bahan bercetak 3D dan bertindak balas terhadap perubahan permukaan seperti retakan. Penyelidikan yang lebih baru dalam Nature Chemical Engineering mendapati bahawa plastik hidup berasaskan spora boleh menahan suhu tinggi dan pelarut organik. Penemuan itu relevan untuk persekitaran pemprosesan perindustrian, di mana bahan biodegradasi standard sering gagal.
Prototaip Shenzhen merupakan bukti konsep. Ia masih belum menangani plastik yang membentuk bahagian terbesar sisa global. Memperluas pendekatan terhadap polimer komoditi dan membangunkan sistem pengaktifan praktikal di luar makmal akan memerlukan kerja selanjutnya yang besar.
Bagi pelabur dan pembuat dasar yang menjejaki pencemaran plastik , persoalan yang relevan ialah sama ada degradasi atas arahan akhirnya boleh disepadukan ke dalam reka bentuk produk pada skala besar. Produk yang tahan lama merupakan sumber utama pencemaran alam sekitar. Ini termasuk peranti perubatan, sensor yang boleh dipakai, filem pertanian dan pembungkusan guna sekali guna. Bahan yang kekal stabil semasa penggunaan dan kemudian terurai sepenuhnya atas arahan boleh mengurangkan kos pelupusan akhir hayat dan liabiliti kawal selia.
Kajian ini masih belum memberikan jawapan kepada soalan itu. Apa yang diberikannya ialah bukti bahawa bahan hidup boleh terdegradasi sepenuhnya, mengekalkan sifat berfungsi semasa penggunaan dan boleh dibina dalam aplikasi elektronik. Setiap keputusan tersebut sebelum ini tidak pasti.
Pakar iklim dan biodiversiti telah lama mengenal pasti pencemaran mikroplastik sebagai risiko alam sekitar yang semakin meruncing. Serpihan polimer terkumpul dalam ekosistem marin, tanah pertanian dan tisu manusia. Degradasi lengkap, bukannya pemecahan, adalah standard yang semakin dituntut oleh pengawal selia dan penyelidik. Kajian Shenzhen menunjukkan satu laluan yang boleh dipercayai untuk memenuhinya, walaupun jarak ke aplikasi komersial masih jauh.
