Shenzhen İleri Teknoloji Enstitüsü'ndeki araştırmacılar, içinde canlı bakteri barındıran bir plastik geliştirdiler. Tetiklendiğinde, bu bakteriler uyanır ve malzemenin içini tüketir. Sonuç olarak, geride hiçbir mikroplastik kalıntısı kalmadan tamamen bozunma gerçekleşir.
Çalışma, ACS Applied Polymer Materials dergisinde yayınlandı. Çalışmada, genetik olarak tasarlanmış Bacillus subtilis'in uy dormant sporlarıyla gömülü bir polikaprolakton matrisi tanımlanıyor. Normal koşullar altında, malzeme standart plastik gibi davranıyor. Bir tetikleyici uygulandığında ise sporlar aktif hale geliyor.
Bakteriyel Sistem Nasıl Çalışır?
Tasarım, ardışık olarak çalışan iki bakteri türüne dayanmaktadır. Birincisi, uzun polimer zincirlerini daha kısa parçalara ayıran bir enzim üretir. Bu, malzeme boyunca yeni giriş noktaları oluşturur. Daha sonra ikinci bir enzim, bu parçalara uçlarından saldırır. İki tür birlikte, yalnızca küçük moleküller kalana kadar parçalanmayı hızlandırır.
Bu iki aşamalı mekanizma, birçok biyolojik olarak parçalanabilir plastikte iyi belgelenmiş bir sorunu ele alıyor. Standart biyolojik olarak parçalanabilir malzemeler genellikle tamamen yok olmadan önce parçalanır. Bu parçalar toprakta ve suda mikroplastik olarak kalır. Araştırma ekibine göre, Shenzhen malzemesi bu tür kalıntılar bırakmadan tamamen parçalandı.
Polikaprolakton, nispeten kolay bozunabilen bir polyesterdir. Zaten 3D baskı filamentlerinde ve çözünebilir cerrahi dikişlerde bulunmaktadır. Küresel plastik atıkların büyük bölümünü oluşturan polietilen, polipropilen ve PET'ten oldukça uzaktır. Buna rağmen, deney faydalı bir temel sonuç üretti. Spor içeren film, standart polikaprolaktona benzer mekanik özelliklerini korudu. Canlı bakteri eklenmesi, malzemenin aktif ömrü boyunca zayıflamasına neden olmadı.
Aktivasyon Hala Laboratuvar Koşullarını Gerektiriyor
Tetikleme koşulları sıkı bir şekilde kontrol altında tutulmaktadır. Deneyde, araştırmacılar plastiği yaklaşık 50 derece Celsius sıcaklıktaki besleyici bir sıvıya yerleştirdiler. Ardından sporlar aktifleşti ve film altı gün içinde tamamen parçalandı.
Bu koşullar, doğal ortamda karşılaşılanlardan çok farklıdır. Atılmış bir canlı plastik parçası, çöplükte, nehirde veya kompost kutusunda parçalanmaz. Aktifleştirme, kasıtlı müdahale gerektirir. Bu kısıtlama, kısa vadeli uygulamaları sınırlandırır, ancak aynı zamanda bir endişeyi de azaltır: kullanım veya depolama sırasında erken bozulma.
Ekip ayrıca canlı plastikten giyilebilir bir elektrot üretti. Bu elektrot, insan kolundaki kas sinyallerini algıladı. Tetiklendiğinde, elektrot yaklaşık iki hafta içinde bozundu. Bakır devre ise sağlam kaldı. Bozunabilir polimerin geri kazanılabilir metalden ayrılması, karışık malzemelerin geri dönüşümü zorlaştırdığı tek kullanımlık elektronik cihazların işlenmesi için potansiyel bir yaklaşıma işaret ediyor.
Bu, daha geniş araştırma alanındaki yerini nasıl belirliyor?
Shenzhen'deki çalışma, giderek büyüyen sentetik biyoloji araştırmalarına dayanıyor. Nature Chemical Biology'de 2019 yılında yayınlanan bir çalışma, Bacillus subtilis sporlarının 3 boyutlu yazıcıyla üretilen malzemelerin içinde hayatta kalabildiğini ve çatlaklar gibi yüzey değişikliklerine tepki verebildiğini gösterdi. Nature Chemical Engineering'de daha yakın zamanda yapılan bir araştırma ise, spor bazlı canlı plastiklerin yüksek sıcaklıklara ve organik çözücülere dayanabildiğini ortaya koydu. Bu bulgu, standart biyolojik olarak parçalanabilir malzemelerin sıklıkla başarısız olduğu endüstriyel işleme ortamları için önemlidir.
Shenzhen prototipi bir konsept kanıtıdır. Henüz küresel atıkların en büyük payını oluşturan plastikleri ele almamaktadır. Yaklaşımı ticari polimerlere ölçeklendirmek ve laboratuvar dışında pratik aktivasyon sistemleri geliştirmek, önemli ölçüde daha fazla çalışma gerektirecektir.
Plastik kirliliğini takip eden yatırımcılar ve politika yapıcılar için önemli soru, isteğe bağlı bozunmanın nihayetinde büyük ölçekte ürün tasarımına entegre edilip edilemeyeceğidir. Kısa ömürlü ürünler, çevresel kirliliğin önemli bir kaynağıdır. Bunlara tıbbi cihazlar, giyilebilir sensörler, tarım filmleri ve tek kullanımlık ambalajlar dahildir. Kullanım sırasında stabil kalan ve daha sonra talimat üzerine tamamen bozunan bir malzeme, kullanım ömrü sonundaki bertaraf maliyetlerini ve düzenleyici sorumluluğu azaltabilir.
Araştırma henüz bu soruya bir cevap vermiyor. Ancak, canlı malzemelerin tamamen bozunabileceğine, kullanım sırasında işlevsel özelliklerini koruyabileceğine ve elektronik uygulamalara entegre edilebileceğine dair kanıt sunuyor. Bu sonuçların her biri daha önce belirsizdi.
İklim ve biyoçeşitlilik uzmanları, mikroplastik kirliliğini uzun zamandır artan bir çevresel risk olarak tanımlamışlardır. Polimer parçaları deniz ekosistemlerinde, tarım topraklarında ve insan dokusunda birikmektedir. Parçalanma yerine tam bozunma, düzenleyicilerin ve araştırmacıların giderek daha fazla talep ettiği standarttır. Shenzhen çalışması, ticari uygulamaya olan mesafe önemli olsa bile, bu standarda ulaşmaya yönelik güvenilir bir yol göstermektedir.
