Forskere ved Shenzhen Institutes of Advanced Technology har utviklet en plast som inneholder levende bakterier. Når disse bakteriene utløses, våkner de og forbruker materialet innenfra. Resultatet er fullstendig nedbrytning, uten noen mikroplastrester igjen.
Studien er publisert i ACS Applied Polymer Materials. Den beskriver en polykaprolaktonmatrise innebygd med sovende sporer av konstruert Bacillus subtilis. Under normale forhold oppfører materialet seg som standard plast. Trykk på en avtrekker, og sporene aktiveres.
Hvordan bakteriesystemet fungerer
Designet er basert på to bakteriestammer som jobber i rekkefølge. Den første produserer et enzym som kutter lange polymerkjeder i kortere fragmenter. Dette skaper nye inngangspunkter gjennom hele materialet. Et annet enzym angriper deretter disse fragmentene fra endene. Sammen akselererer de to stammene nedbrytningen til bare små molekyler gjenstår.
Denne totrinnsmekanismen løser et veldokumentert problem med mange biologisk nedbrytbare plasttyper. Standard biologisk nedbrytbare materialer fragmenteres ofte før de forsvinner helt. Disse fragmentene forblir i jord og vann som mikroplast. Shenzhen-materialet, ifølge forskerteamet, degradertes fullstendig uten å etterlate slike rester.
Polykaprolakton er en polyester som er relativt lett å nedbryte. Den forekommer allerede i 3D-printede filamenter og oppløselige kirurgiske suturer. Den er et stykke unna polyetylen, polypropylen og PET som dominerer globalt plastavfall. Likevel ga eksperimentet et nyttig basisresultat. Den sporeinnebygde filmen beholdt mekaniske egenskaper som kan sammenlignes med standard polykaprolakton. Tilsetning av levende bakterier svekket ikke materialet i løpet av dets aktive levetid.
Aktivering krever fortsatt laboratorieforhold
Utløserbetingelsene forblir strengt kontrollert. I eksperimentet plasserte forskerne plasten i varm næringsbuljong ved omtrent 50 grader Celsius. Sporene aktiverte seg deretter, og filmen brøt helt ned i løpet av seks dager.
Disse forholdene er langt fra noe man kan oppleve i det naturlige miljøet. En kassert bit levende plast ville ikke brytes ned på en søppelfylling, en elv eller en kompostbinge. Aktivering krever bevisst inngripen. Denne begrensningen begrenser bruksområder på kort sikt, men reduserer også én bekymring: for tidlig nedbrytning under bruk eller lagring.
Teamet produserte også en bærbar elektrode fra den levende plasten. Den oppdaget muskelsignaler fra en menneskelig arm. Når elektroden ble utløst, degraderte den i løpet av omtrent to uker. Kobberkretsene forble intakte. Denne separasjonen av nedbrytbar polymer fra gjenvinnbart metall peker mot en potensiell tilnærming for håndtering av engangselektronikk, der blandede materialer for tiden kompliserer resirkulering.
Hvor dette står i det bredere forskningsfeltet
Shenzhen-arbeidet bygger på en voksende mengde forskning på syntetisk biologi. En studie fra 2019 i Nature Chemical Biology viste at Bacillus subtilis-sporer kunne overleve inne i 3D-printede materialer og reagere på overflateendringer som sprekker. Nyere forskning i Nature Chemical Engineering fant at sporebasert levende plast tåler høye temperaturer og organiske løsemidler. Dette funnet er relevant for industrielle prosesseringsmiljøer, der standard biologisk nedbrytbare materialer ofte svikter.
Shenzhen-prototypen er et bevis på konseptet. Den tar ennå ikke for seg plasten som utgjør den største andelen av globalt avfall. Å skalere tilnærmingen til råvarepolymerer og utvikle praktiske aktiveringssystemer utenfor laboratoriet vil kreve betydelig ytterligere arbeid.
For investorer og beslutningstakere som sporer plastforurensning, er det relevante spørsmålet om nedbrytning på kommando til slutt kan integreres i produktdesign i stor skala. Kortlivede produkter er en viktig kilde til miljøforurensning. Disse inkluderer medisinsk utstyr, bærbare sensorer, landbruksfilmer og engangsemballasje. Et materiale som forblir stabilt under bruk og deretter brytes ned fullstendig etter instruksjon, kan redusere kostnader for avhending ved slutten av levetiden og myndighetsansvar.
Forskningen gir ennå ikke svar på det spørsmålet. Det den gir er bevis for at levende materialer kan brytes ned fullstendig, beholde funksjonelle egenskaper under bruk og bygges inn i elektroniske applikasjoner. Hvert av disse resultatene var tidligere usikre.
Klima- og biologisk mangfoldsspesialister har lenge identifisert mikroplastforurensning som en forverrende miljørisiko. Polymerfragmenter akkumuleres i marine økosystemer, jordbruksjord og menneskelig vev. Fullstendig nedbrytning, snarere enn fragmentering, er standarden som regulatorer og forskere i økende grad krever. Shenzhen-studien viser én troverdig vei mot å oppfylle den, selv om avstanden til kommersiell anvendelse fortsatt er betydelig.
