Bionedbrydeligt levende plastik rummer bakteriesporer, der hjælper det med at nedbrydes

"Det bemærkelsesværdige er, at vores materiale nedbrydes selv uden tilstedeværelsen af ​​yderligere mikrober," sagde Pokorski. "Chancerne er, at det meste af disse plastik sandsynligvis ikke ender i mikrobielt rige komposteringsfaciliteter. Så denne evne til at nedbryde sig selv i et mikrobefrit miljø gør vores teknologi mere alsidig."

Selvom forskerne stadig mangler at undersøge, hvad der bliver efterladt, efter at materialet er nedbrudt, bemærker de, at eventuelle dvælende bakteriesporer sandsynligvis er harmløse. Bacillus subtilis er en stamme, der bruges i probiotika og anses generelt for at være sikker for mennesker og dyr - den kan endda være gavnlig for plantesundheden.

I denne undersøgelse blev bakteriesporerne evolutionært konstrueret til at overleve de høje temperaturer, der er nødvendige for TPU-produktion. Forskerne brugte en teknik kaldet adaptiv laboratorieudvikling til at skabe en stamme, der er modstandsdygtig over for ekstruderingstemperaturer. Processen involverer at dyrke sporerne, udsætte dem for ekstreme temperaturer i eskalerende perioder og tillade dem at mutere naturligt. De stammer, der overlever denne proces, isoleres derefter og sættes igennem cyklussen igen.

"Vi udviklede konstant cellerne igen og igen, indtil vi nåede frem til en stamme, der er optimeret til at tolerere varmen," sagde studiets co-senior forfatter Adam Feist, en bioingeniørforsker ved UC San Diego Jacobs School of Engineering. "Det er forbløffende, hvor godt denne proces med bakteriel evolution og selektion fungerede til dette formål."

Sporerne fungerer også som et forstærkende fyldstof, svarende til hvordan armeringsjern forstærker beton. Resultatet er en TPU-variant med forbedrede mekaniske egenskaber, der kræver mere kraft for at bryde og udviser større strækbarhed.

"Begge disse egenskaber er meget forbedret bare ved at tilføje sporerne," sagde Pokorski. "Dette er fantastisk, fordi tilføjelsen af ​​sporer skubber de mekaniske egenskaber ud over kendte begrænsninger, hvor der tidligere var en afvejning mellem trækstyrke og strækbarhed."

Mens den nuværende undersøgelse fokuserede på at producere mindre mængder i laboratorieskala for at forstå gennemførligheden, arbejder forskerne på at optimere tilgangen til brug i industriel skala. Igangværende indsats omfatter opskalering af produktionen til kilogram mængder, udvikling af bakterierne til at nedbryde plastmaterialer hurtigere og udforskning af andre plasttyper ud over TPU.

"Der er mange forskellige slags kommerciel plastik, der ender i miljøet - TPU er bare en af ​​dem," sagde Feist. "Et af vores næste skridt er at udvide omfanget af bionedbrydelige materialer, vi kan fremstille med denne teknologi."

Flere oplysninger: Jonathan Pokorski, Biocomposite termoplastiske polyurethaner, der indeholder udviklede bakteriesporer som levende fyldstoffer for at lette polymerdisintegration, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-47132-8. www.nature.com/articles/s41467-024-47132-8

Journaloplysninger: Nature Communications

Leveret af University of California - San Diego