Štruktúry v plaste sa jednoducho preložia a roztrhnú, tento jav napodobňuje obyčajné trhanie papiera.
Vedci vytvorili plast, ktorý sa rozkladá za bežných podmienok bez tepla alebo agresívnych chemikálií. Zdroj: iStock/Ildar Abulkhanov
Príroda vytvára množstvo dlhých molekúl vrátane DNA a RNA nazývaných polyméry, ale tieto prírodné polyméry sa nakoniec rozpadajú. Syntetické polyméry, akými sú napríklad plasty, sa nerozkladajú. Vedci z Rutgersovej univerzity v New Jersey v USA vytvorili na princípe prírodných polymérov nový, biologicky degradovateľný plast.
Látky, ako sú proteíny, DNA, RNA a celulóza, sa v prírode nehromadia, ako je to napríklad v prípade plastov. Ak dokáže príroda vytvoriť polyméry, ktoré slúžia na svoj účel a potom zmiznú, možno by sa to isté dalo dosiahnuť aj s plastmi vyrobenými človekom. Vedeckovýskumný pracovník Jüwej Ku, hlavný autor výskumu, publikovaného v časopise Nature Chemistry, postavil celú svoju prácu na prírodných polyméroch obsahujúcich vo svojej štruktúre malé pomocné skupiny, ktoré uľahčujú rozbitie chemických väzieb v správnom čase.
Spolu so svojím tímom chcel tento trik replikovať tak, aby sa klasické plasty správali rovnako. Ukázal, že vedci dokážu vytvoriť plasty, ktoré sa rozkladajú za bežných podmienok bez tepla alebo agresívnych chemikálií. „Naším cieľom bolo nájsť novú chemickú stratégiu, ktorá by umožnila plastom rozkladať sa prirodzene za bežných podmienok bez potreby špeciálnej úpravy,“ uviedol Jüwej Ku.
Preložili štruktúry tak, aby sa ľahšie rozložili
Polymér je látka zložená z mnohých opakujúcich sa jednotiek spojených dohromady. Plasty sú polyméry, rovnako ako prírodné materiály, napríklad DNA, RNA a proteíny. DNA a RNA sú polyméry, pretože ich tvoria dlhé reťazce menších jednotiek nazývaných nukleotidy. Proteíny sú polyméry zložené z aminokyselín.
Tieto chemické väzby predstavujú akési lepidlo, ktoré drží atómy v molekulách pohromade. V polyméroch tieto väzby spájajú jednotlivé stavebné bloky. Silné väzby robia plasty odolnými, ale zároveň sťažujú ich rozklad. Výskumníci sa preto zamerali na to, aby sa tieto väzby dali v prípade potreby ľahšie rozbiť bez oslabenia materiálu počas používania.
Tento pokrok nielenže robí plasty rozložiteľnými, ale aj umožňuje programovanie tohto procesu. Kľúčom k objavu bolo to, ako výskumníci usporiadali zložky chemickej štruktúry plastu tak, aby boli v ideálnej polohe na začatie rozkladu, keď sa spustí.
Tento proces môžeme prirovnať napríklad k poskladaniu kúska papiera, ktorý sa potom ľahko roztrhne pozdĺž prehybu. Vďaka „predbežnému preloženiu“ štruktúry sa môže plast rozpadnúť tisíckrát rýchlejšie ako za normálnych okolností. Hoci sa plast po aktivácii ľahšie rozpadá, jeho základné chemické zloženie zostáva rovnaké, takže si zachováva pevnosť a použiteľnosť až do momentu, keď ho chceme rozložiť.
Najdôležitejším zistením vedcov je to, že presné priestorové usporiadanie týchto susedných skupín dramaticky mení rýchlosť rozkladu polyméru. Ak odborníci zmenia ich orientáciu a umiestnenie, dokážu navrhnúť rovnaký plast, len s tým rozdielom, že sa rozloží v priebehu dní, mesiacov alebo dokonca rokov.
Vzorka biodegradovateľného plastu. Chemická štruktúra plastu bola prispôsobená tak, aby sa dokázala sama rozložiť iba v priebehu niekoľkých dní pri obyčajnej, izbovej teplote. Vľavo je originál vzorky plastu, vpravo je už rozložený plast. Zdroj: Gu Lab, Rutgers University
Táto schopnosť jemného doladenia znamená, že rôzne produkty môžu mať životnosť prispôsobenú ich účelu. Jednorazové plastové obaly na jedlo môžu vydržať len jeden deň, kým sa nerozpadnú, zatiaľ čo autodiely musia vydržať roky. Tím demonštroval, že rozklad plastu môže byť zabudovaný alebo sa dá zapnúť alebo vypnúť pomocou ultrafialového svetla či kovových iónov, vďaka čomu môžu viac ovplyvňovať samotnú degradáciu plastu.
Kapsuly s postupným uvoľňovaním liekov
Tieto poznatky presahujú riešenie globálnej krízy v oblasti plastov. Ku uviedol, že tento princíp môže byť cestou k rôznym inováciám, akými sú napríklad kapsuly s postupným uvoľňovaním liekov v konkrétnych časoch. „Tento výskum nielenže otvára dvere k ekologicky zodpovednejším plastom, ale aj rozširuje nástroje na navrhovanie inteligentných, citlivých materiálov na báze polymérov v mnohých oblastiach,“ uviedol vedec. Podľa neho by mali takéto plasty slúžiť na svoj účel a potom by sa mali jednoducho rozložiť.
„Naša stratégia poskytuje praktický spôsob, ako tieto materiály prepracovať tak, aby počas používania stále dobre fungovali a potom sa prirodzene rozložili,“ tvrdí Jüwej Ku.
Počiatočné laboratórne testy ukázali, že tekutina vznikajúca pri rozklade nie je toxická. Túto súvislosť však musia ešte poriadne preskúmať, aby sa potvrdilo, či by sa mohli takéto materiály využívať v bežnom živote.
Zdroj: Nature Chemistry
(RR)
