Hlavným problémom bežných plastov je ich neuveriteľná odolnosť. Používame ich minúty, no v prírode pretrvávajú celé stáročia. Tím vedcov pod vedením Zhuojuna Daia sa preto rozhodol ísť inou cestou a do štruktúry polyméru vložil „zabudovaný systém likvidácie“ vo forme baktérií Bacillus subtilis.

Tieto baktérie sú v plaste v stave spór, čo znamená, že sú v podstate v režime spánku. Materiál si tak zachováva všetky mechanické vlastnosti bežného plastu – je pevný, odolný a spoľahlivý. Akonáhle však nastane čas na likvidáciu, stačí ho aktivovať špeciálnym živným roztokom pri teplote 50 stupňov Celzia.

Žiadne mikroplasty, len čistý rozklad

V momente aktivácie sa baktérie prebudia a začnú produkovať dva špeciálne enzýmy. Prvý enzým rozbíja dlhé polymérové reťazce na menšie fragmenty, zatiaľ čo druhý ich postupne rozkladá na základné monoméry. Celý proces je taký efektívny, že sa materiál nerozpadáva na menšie kúsky, ale doslova sa „vyparí“ za menej než šesť dní.

Tento mechanizmus rieši jeden z najväčších strašiakov súčasnosti: tvorbu mikroplastov. Keďže enzýmy pracujú postupne a kompletne, po plaste v prírode nič nezostáva.

Budúcnosť v obaloch aj elektronike

Vedci už úspešne demonštrovali funkčnosť tohto materiálu na nositeľných plastových elektródach. Zariadenie fungovalo presne tak, ako malo, no po dvoch týždňoch od aktivácie úplne zmizlo. Ide o technológiu s obrovským potenciálom, najmä v oblastiach, kde potrebujeme dočasnú trvácnosť, ale nechceme za sebou zanechať odpad.

Hoci sa výskum zatiaľ zameral na polykaprolaktón, tím verí, že túto metódu bude možné aplikovať aj na ďalšie typy plastov, ktoré dnes bežne končia v oceánoch. Podobné inovácie sú kľúčové, najmä ak vezmeme do úvahy fakt, že sa musíme vysporiadať s narastajúcim množstvom odpadu, ktorý nám znečisťuje nielen planétu, ale čoraz viac aj naše bezprostredné okolie.

Nejde o obyčajný biodegradovateľný plast

Práve v tom spočíva najväčší rozdiel oproti väčšine doterajších pokusov. Vedci nevytvorili materiál, ktorý sa začne rozkladať hneď po kontakte s vlhkosťou alebo po niekoľkých mesiacoch na skládke. Naopak, plast zostáva stabilný dovtedy, kým človek vedome nespustí proces jeho likvidácie.

To rieši jednu z najväčších slabín biologicky rozložiteľných plastov. Mnohé z nich síce nesú označenie „eko“, no v skutočnosti sa rozložia iba v priemyselných kompostárňach pri presne stanovených podmienkach. Ak skončia na bežnej skládke alebo v prírode, často sa správajú podobne ako klasické plasty a rozkladajú sa celé roky.

Nový materiál funguje opačne. Počas používania je rovnako pevný a odolný ako bežný plast. Až keď dostane správny „signál“, začne sa doslova rozoberať zvnútra.

Freepik

Prečo práve baktérie?

Na prvý pohľad môže znieť zvláštne, že vedci vložili do plastu živé mikroorganizmy. V skutočnosti nejde o aktívne baktérie, ale o ich spóry – mimoriadne odolnú formu, ktorú mikroorganizmy využívajú na prežitie nepriaznivých podmienok.

V tomto stave prakticky nespotrebúvajú energiu a nedokážu poškodiť samotný materiál. Až po aktivácii živným roztokom sa „prebudia“ a začnú produkovať enzýmy, ktoré rozkladajú polymér zvnútra. Nejde teda o chemickú reakciu na povrchu plastu, ale o riadený biologický proces priamo v jeho štruktúre.

Práve tento princíp robí technológiu takou zaujímavou. Vedci môžu teoreticky rozhodnúť nielen o tom, či sa plast rozloží, ale aj kedy sa to stane.

Najväčším nepriateľom nie sú veľké kusy plastu

Keď sa hovorí o plastovom odpade, väčšina ľudí si predstaví fľaše plávajúce v oceáne. Skutočný problém je však oveľa menej viditeľný.

Bežné plasty sa totiž časom nerozpustia. Slnečné žiarenie, voda a mechanické namáhanie ich postupne rozbijú na čoraz menšie častice – mikroplasty a neskôr nanoplasty. Tie sa už dostávajú do pôdy, riek, oceánov aj potravinového reťazca. Vedci ich našli v pitnej vode, ľudskej krvi, pľúcach, placente aj mozgovom tkanive.

Práve preto je úplný rozklad polyméru na základné molekuly oveľa cennejší než obyčajné „rozpadnutie“ plastu na drobné kúsky. Nový materiál podľa autorov štúdie nevytvára mikroplasty, ale premieňa sa na základné stavebné jednotky, ktoré už v prostredí nepredstavujú rovnaké riziko.

Kde by mohol nájsť využitie?

Výskumníci už technológiu otestovali na pružných elektronických elektródach, no možnosti sú oveľa širšie.

Takýto materiál by mohol nájsť uplatnenie napríklad v jednorazových medicínskych pomôckach, obalových materiáloch, logistike či dočasnej spotrebnej elektronike. Zaujímavé využitie ponúka aj pri senzoroch alebo zariadeniach určených na krátkodobé monitorovanie životného prostredia, kde po splnení úlohy nie je potrebné výrobok zbierať späť.

Samozrejme, od laboratórneho experimentu k masovej výrobe vedie ešte dlhá cesta. Vedci zatiaľ pracovali s polymérom PCL (polykaprolaktón), ktorý sa už dnes používa najmä v medicíne a špecializovaných aplikáciách. Ak by sa však rovnaký princíp podarilo preniesť aj na lacnejšie plasty, aké poznáme z obalov či spotrebného tovaru, mohlo by ísť o významný posun v nakladaní s plastovým odpadom.

Je to skutočne prelom?

To je otázka, na ktorú dnes ešte nikto nepozná odpoveď. V posledných rokoch sme videli množstvo správ o „revolučných“ plastoch, ktoré sa napokon nikdy nedostali za hranice laboratória. Najväčšou výzvou býva cena výroby, dlhodobá stabilita materiálu a možnosť jeho masovej produkcie.

Napriek tomu má tento výskum jednu vlastnosť, ktorá ho odlišuje od väčšiny podobných projektov. Vedci sa nesnažili vytvoriť plast, ktorý sa rozloží čo najrýchlejšie. Namiesto toho navrhli materiál, ktorý zostáva spoľahlivý počas používania, no po aktivácii sa dokáže prakticky úplne odstrániť bez vzniku mikroplastov. Práve táto kombinácia kontrolovanej životnosti a biologického rozkladu robí z technológie jednu z najzaujímavejších noviniek v oblasti polymérov za posledné roky.

Čítajte viac z kategórie: Vesmír a veda