Een onderzoeksteam heeft ‘levende kunststoffen’ ontwikkeld die kunnen worden geprogrammeerd om zelfstandig af te breken als ze de juiste stimulans krijgen. Plastic producten worden vaak vervaardigd voor eenmalig gebruik, maar de materialen kunnen jarenlang of zelfs eeuwen in het milieu achterblijven. Onderzoekers kijken nu naar een andere aanpak: levende kunststoffen, materialen die micro-organismen bevatten die kunnen worden geactiveerd om het polymeer af te breken wanneer het niet langer nodig is.
In een studie gepubliceerd in het tijdschrift ACS Applied Polymer Materials gebruikte een onderzoeksteam twee samenwerkende bacteriestammen om plastic in slechts zes dagen volledig af te breken, zonder microplastics te produceren. Zhuojun Dai, een van de hoofdauteurs van het onderzoek, legt uit dat de ontdekking dat traditionele kunststoffen eeuwenlang in het milieu blijven, terwijl veel van hun toepassingen een zeer korte levensduur hebben, hen ertoe bracht de vraag te stellen of het afbraakproces rechtstreeks in de levenscyclus van het materiaal geïntegreerd kan worden.
Sommige micro-organismen produceren enzymen die lange polymeerketens in kleinere segmenten kunnen knippen. Door deze enzymen of de microben die ze produceren rechtstreeks in het materiaal in te bedden, kunnen kunststoffen zichzelf op verzoek vernietigen, waardoor duurzaamheid van een probleem in een programmeerbaar kenmerk wordt veranderd.
Eerdere pogingen om levende kunststoffen te ontwikkelen waren meestal gebaseerd op één enkel enzym. Dit onderzoeksteam heeft echter de bacterie Bacillus subtilis genetisch gemodificeerd om twee enzymen te produceren die samenwerken. Het eerste enzym knipt de lange polymeerketens op willekeurige punten in kleinere segmenten, terwijl het tweede enzym deze kleinere segmenten aan de uiteinden splitst totdat ze worden omgezet in hun basisbouwstenen (monomeren).
Het geproduceerde “levende plastic” vertoonde mechanische eigenschappen die vergelijkbaar waren met die van conventionele polycaprolactonfilms. Toen de onderzoekers een tot 50°C verwarmde voedingsoplossing toevoegden, werden de sporen geactiveerd en werd het plastic binnen zes dagen volledig afgebroken tot zijn basiscomponenten, zonder microplastics achter te laten.
Als eerste demonstratie van de technologie bouwde het team een draagbare elektrode van levend plastic. Het apparaat functioneerde normaal tijdens gebruik en viel vervolgens binnen twee weken volledig uiteen. De onderzoekers zijn nu van plan een manier te ontwikkelen om de sporen in water te activeren, omdat daar een groot deel van de plasticvervuiling terechtkomt. Hoewel het onderzoek zich op een specifiek polymeer concentreerde, zou dezelfde strategie in de toekomst kunnen worden aangepast aan andere soorten kunststoffen, waaronder veel materialen die worden gebruikt in producten voor eenmalig gebruik.
