Her canlı öldüğünde bozunur ve ayrışarak doğaya karışır. Hatta bir bitkiden ya da hayvandan yapılan bir ürün olduğunda bir bozunma kaçınılmazdır. Diğer taraftan plastikler için aynı şey geçerli değildir. Onlar pratikte bozunmazlar. Bilim insanları kendi kendini imha edebilen plastik geliştirdi.
Bilim insanları, basit ama önemli bir soruyla bu özelliği yeniden değerlendiriyor: Ya plastikler canlı olsaydı?
Hong Kong Çin Üniversitesi’nden bir bilim insanı ekibi, komut üzerine “kendini imha edebilen” canlı bir plastik geliştirdi. Bunu başarmak plastik yiyen mikropları doğrudan malzemenin içine yerleştirdiler. Mikroplar, sıcak bir “besin suyu” ile aktive edilene kadar uykuda kalıyor, ardından birkaç gün içinde plastiği tamamen tüketiyor ve geride mikroplastik bırakmıyor.
Plastiklerin ayrışması 1.000 yıla kadar sürebilir. Bu, genellikle sadece bir kez kullandığımız bir şey için çok uzun bir süre. Üstelik ayrıştıklarında da arkalarında zehirli mikroplastikler bırakıyorlar. İnsanların ortalama 73,8 yıl yaşadığını da hesaba katarsak, nesiller boyu sürebilecek sorunlar yarattığımızı fark edersiniz. Ayrışan malzemelerin temel özelliği, canlı hücrelerden oluşmalarıdır. Bu özellik, araştırma çalışmasının temelini oluşturdu.
Makalenin baş yazarı Zhuojun Dai, “Geleneksel plastiklerin yüzyıllar boyunca kalıcı olduğu, ancak ambalaj gibi birçok uygulamanın kısa ömürlü olduğu gerçeği, bizi şu soruyu sormaya yönlendirdi: Malzemenin yaşam döngüsüne doğrudan bozunmayı dahil edebilir miyiz?,” dedi.
Bazı mikroplar, ürettikleri enzimleri kullanarak uzun polimer zincirlerini parçalayabilir. Uzun polimer zincirlerinden ne yapılır tahmin edin? Plastikler. Bilim adamları, Bacillus subtilis sporlarını plastik parçalayan enzimler üretecek şekilde mühendislikle değiştirerek bu yetenekten yararlandılar ve ardından uykuda olan mikropları doğrudan bir plastik matrise yerleştirdiler. Isı ile aktive edildiğinde, sporlar uyanır ve malzemeyi içeriden kimyasal olarak parçalayan enzimler salgılamaya başlar.
Bilim adamlarının plastiği parçalamak için mikropları kullanması bu ilk kez olmuyor. Aslında, araştırma ekibinin kullandığı malzeme olan polikaprolakton (PCL), daha önce mikropların ürettiği enzimler kullanılarak parçalanmış olan biyolojik olarak parçalanabilir bir plastiktir. Ancak ekibin yeniliği iki yönlüdür. İlk olarak, PCL’yi parçalamaya yönelik önceki girişimlerin çoğu tek bir enzim sistemine dayanıyordu. Buna karşın araştırmacılar, birlikte çalışan iki polimer parçalayıcı enzimi üretmek üzere ayrı Bacillus subtilis suşları geliştirdiler.
Enzimlerden biri, uzun polimer zincirlerini birçok noktadan keserek plastik yapıyı hızla zayıflatır. İkinci enzim ise parçalanmış zincirleri, daha ileri mikrobiyal işleme için giderek daha küçük moleküllere ayırır. İki enzimden oluşan bu sistem, tek enzim yaklaşımlarından önemli ölçüde daha etkili olduğunu kanıtladı ve PCL matrisinin altı gün içinde neredeyse tamamen parçalanmasını sağladı.
İkinci yenilik, mühendislikle geliştirilmiş mikrobiyal sporların doğrudan plastik matrisin içine gömülmesinde yatıyor. Bu, plastiği “canlı” hale getiriyor ve mikroplar ile plastik artık tek bir malzeme olduğu için ona kendini yok etme özelliği kazandırıyor. Ortaya çıkan malzeme, düz PCL filmlerininkine benzer mekanik özelliklere sahip.
Ancak malzeme kendiliğinden yok olmuyor. Katalizör, 50 °C sıcaklığındaki bir besin besiyeri. Besiyeri malzemeyle temas ettiğinde sporları aktive ederek bozunmayı başlatıyor. Teknolojilerini test etmek için araştırmacılar, malzemeden giyilebilir bir elektrot oluşturdu ve katalizörü ekledi. Malzeme iki hafta içinde tamamen parçalandı ve geride mikroplastik bırakmadı.
Şimdi de uyarıya gelelim. İlk olarak, teknoloji şu anda zaten biyolojik olarak parçalanabilir bir plastik olan PCL ile çalışıyor. Ayrıca, malzemeye mikropların gömüldüğü “canlı” plastik üzerine başka çalışmalar da yapılmıştır. Araştırmacıların çift enzim yöntemi, süreci daha hızlı ve verimli hale getiren bir yeniliktir.
İkincisi, çoğu “biyobozunur” plastikte olduğu gibi, bozunma hala büyük ölçüde çevre koşullarına bağlıdır. Mühendislikle üretilmiş mikropları doğrudan malzemeye yerleştirmek akıllıca bir çözümdür. Ancak, araştırmacıların besin besiyerini hazırlamak için gizli formüle sahip değilseniz, elinizde eski usul plastik gibi görünen bir şey kalır. Aslında tam olarak öyle değil. PCL’nin, doğal olarak oluşan plastik bozunur mikroplar içeren toprak ve kompost ortamlarında biyolojik olarak bozunduğu bilinmektedir.
Bu gerçeklere rağmen, araştırmanın potansiyeli önemlidir. Bilim adamları, plastik kirliliğinin çoğunun su kütlelerine ulaştığı için su bazlı bir tetikleyici geliştirmeyi hedefliyor. Ayrıca, bu çalışmayı PCL’nin ötesinde, diğer plastik türlerine, özellikle tek kullanımlık plastiklerde yaygın olarak kullanılanlara uygulamayı da hedefliyorlar.
Kaynak: https://newatlas.com/materials/living-plastic-breaks-down-on-command/
Çalışma, Applied Polymer Materials Journal dergisinde yayımlandı .
Kaynak: Amerikan Kimya Derneği
