Muchos artículos de plástico se utilizan sólo durante unos minutos u horas, pero el material puede permanecer en el medio ambiente durante décadas o incluso siglos. Los investigadores ahora están explorando un enfoque diferente: plástico diseñado para desintegrarse cuando se activa.
Conocidos como plásticos vivos, estos materiales contienen microbios inactivos capaces de degradar el polímero circundante. En un estudio publicado por el Dr. Materiales poliméricos aplicados ACS.Los científicos han desarrollado una versión que se descompone completamente en seis días sin producir microplásticos.
Zhuojun Dai, autor correspondiente del artículo, explicó que “la comprensión de que los plásticos tradicionales duran siglos, mientras que muchas aplicaciones como el embalaje son de corta duración, nos llevó a preguntarnos: ¿Podemos incorporar directamente la degradación en el ciclo de vida del material?”
Convertir los microbios en un sistema de eliminación integrado
Algunos microorganismos producen naturalmente enzimas que cortan largas cadenas de polímeros en pedazos más pequeños. Debido a que los plásticos están hechos de polímeros, los investigadores están investigando si estas enzimas o los microbios que las producen pueden integrarse directamente en los materiales plásticos.
“Al incorporar estos microbios, el plástico puede efectivamente ‘cobrar vida’ y autodestruirse cuando se le ordena, convirtiendo la sostenibilidad de un problema en una característica programable”, explica Dye.
Los diseños anteriores de plástico vivo a menudo dependían de una sola enzima, lo que limitaba la eficiencia con la que se podía descomponer el material. Para mejorar el proceso, Dai, Jin Geng, Dianpeng Qi y sus colegas diseñaron bacilo subtilis para producir dos enzimas que degradan polímeros que trabajan juntas.
La primera enzima corta largas cadenas de polímeros en puntos aleatorios y las rompe en pedazos más pequeños. Luego, el segundo trabaja desde los bordes de esos fragmentos, descomponiéndolos aún más en bloques de construcción de monómeros individuales.
Desglose completo en seis días
Los investigadores combinan latentes B. subtilis esporas con policaprolactona (un polímero común en la impresión 3D y algunas suturas quirúrgicas). Mantener las bacterias en forma de esporas las protege hasta que el grupo esté listo para comenzar el proceso de degradación.
El plástico vivo acabado tenía las mismas propiedades mecánicas que las típicas películas de policaprolactona. Era fuerte y funcional en condiciones normales, lo que sugiere que la adición de esporas no debilitó significativamente el material.
Para activar las bacterias, el equipo añadió un caldo nutritivo calentado a 122 grados Fahrenheit (50 grados Celsius). Las esporas se activan y comienzan a producir dos enzimas. En seis días, el plástico se redujo por completo a sus componentes básicos.
Debido a que las enzimas trabajaron secuencialmente, el material no se descompuso simplemente en pequeños trozos de plástico. El proceso fue lo suficientemente eficiente como para evitar la formación de microplásticos durante la descomposición.
Un dispositivo portátil que desaparece
Para demostrar un posible uso en el mundo real, los investigadores crearon un electrodo de plástico portátil a partir de material vivo. El dispositivo funcionó según lo previsto y se degradó por completo a las dos semanas de su activación.
El resultado sugiere que los plásticos vivos podrían eventualmente usarse en productos que deben ser duraderos por un tiempo limitado pero que no deberían sobrevivir a la eliminación.
Otras tecnologías plásticas se expanden
El equipo ahora espera desarrollar un método que active las esporas bacterianas en el agua, donde se acumula una parte importante de la contaminación plástica.
Aunque los experimentos se centraron en un solo polímero, los investigadores creen que la misma técnica general podría adaptarse a otros materiales, incluidos los plásticos ampliamente utilizados en productos desechables.
Los autores agradecen la financiación del Programa Nacional Clave de Investigación y Desarrollo de China, el Fondo de Investigación Médica de Shenzhen, la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China, el Fondo de Ciencias Naturales de Guangdong para Jóvenes Académicos Distinguidos y el Programa de Ciencia y Tecnología de Shenzhen.
