Биоразлагаемый «живой пластик» содержит бактериальные споры для саморазложения
Новый тип биопластика может помочь снизить экологический след индустрии пластиков. Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали биоразлагаемую форму термопластичного полиуретана (TPU) — мягкого, но прочного коммерческого пластика, используемого в обуви, ковриках, подушках и пеноматериалах с памятью формы. Материал содержит бактериальные споры, которые при попадании в компост, под воздействием питательных веществ, прорастают и разрушают пластик в конце его жизненного цикла.
Исследование опубликовано 30 апреля в журнале Nature Communications.
Биоразлагаемый TPU создан с использованием спор бактерий штамма Bacillus subtilis, способного разлагать полимерные материалы пластика. «Это присущее этим бактериям свойство», — отметил соавтор работы Джон Покорски. Исследователи оценили несколько штаммов и выбрали тот, который лучше всего рос, используя TPU в качестве единственного источника углерода.
Для создания пластика исследователи использовали бактериальные споры — покоящуюся форму бактерий, устойчивую к суровым условиям. В отличие от грибковых спор, бактериальные имеют защитный белковый слой, позволяющий бактериям выживать.
Чтобы получить биоразлагаемый пластик, гранулы TPU и споры Bacillus subtilis загружали в экструдер, смешивали и плавили при 135 °C, после чего выдавливали в виде тонких полосок.
Для оценки биоразлагаемости полоски помещали как в микробно-активную, так и в стерильную компостную среду с температурой 37 °C и влажностью 44–55%. Вода и питательные вещества в компосте запускали прорастание спор внутри пластика, что приводило к его деградации на 90% за пять месяцев.
«Замечательно то, что наш материал разлагается даже без присутствия дополнительных микробов», — подчеркнул Покорски. Эта способность к саморазложению в среде, бедной микробами, делает технологию более универсальной.
Хотя остаточные продукты разложения ещё предстоит изучить, исследователи отмечают, что любые оставшиеся споры, вероятно, безвредны. Bacillus subtilis считается безопасным для человека и животных и даже полезным для здоровья растений.
В этой работе споры были подвергнуты эволюционной инженерии, чтобы выжить при высоких температурах производства TPU. Метод адаптивной лабораторной эволюции позволил создать термоустойчивый штамм, последовательно отбирая споры, выживавшие при всё более длительном воздействии экстремальных температур.
Споры также выступают в роли упрочняющего наполнителя, подобно арматуре в бетоне. В результате получается вариант TPU с улучшенными механическими свойствами: большей прочностью на разрыв и растяжимостью.
Текущее исследование было сосредоточено на лабораторных масштабах для проверки осуществимости концепции. Следующие шаги включают масштабирование производства до килограммовых количеств, ускорение эволюции бактерий для более быстрого разложения и применение технологии к другим типам пластиков помимо TPU.