توسط : دانشمندان با الهام از سازوکارهای هوشمند طبیعت، نسل تازهای از پلاستیکها را طراحی کردهاند که بسته به نوع کاربرد، میتوانند تنها چند روز یا چند سال دوام داشته باشند و سپس بدون نیاز به مواد شیمیایی یا فرایندهای صنعتی، بهصورت خودکار تجزیه شوند.
به گزارش interesting engineering، نقطه آغاز این دستاورد، یک مشاهده ساده اما تأملبرانگیز بوده است. «یووی گو»، شیمیدان دانشگاه راتگرز، هنگام قدمزدن در پارک ایالتی بر مونتین با بطریهای پلاستیکی رهاشده در مسیر و شناور در دریاچه مواجه شد؛ صحنهای که با محیطی ظاهراً بکر و طبیعی همخوانی نداشت. همان لحظه پرسشی ذهن او را درگیر کرد: طبیعت پلیمرهایی مانند DNA، RNA و پروتئینها را میسازد که در نهایت تجزیه میشوند؛ چرا پلاستیکهای مصنوعی چنین قابلیتی ندارند؟
او میگوید: «زیستشناسی در همه جای طبیعت از پلیمرها استفاده میکند، اما هیچگاه با مشکل انباشت طولانیمدت که در پلاستیکهای مصنوعی وجود دارد، مواجه نمیشود.» به اعتقاد او، پاسخ این معما در تفاوت ترکیب شیمیایی این مواد نهفته است.
ساخت پلاستیک خودتخریبشونده؛ فرمول طبیعت برای حل معمای تجزیهپذیری
پلیمرهای طبیعی در ساختار خود گروههای کمکی کوچکی دارند که در نقاط راهبردی قرار گرفتهاند و در زمان مناسب، پیوندها را بهصورت هدفمند و کنترلشده میشکنند. پلاستیکهای متداول چنین سازوکاری ندارند. تیم پژوهشی گو با الهام از این ویژگی طبیعی، همین ترفند را در ساختار پلیمرهای مصنوعی شبیهسازی کرد.
نتیجه ساخت پلاستیکهایی بود که هنگام استفاده، مقاومت و کارایی کامل دارند، اما در برابر محرکهای سادهای مانند نور فرابنفش، رطوبت یا یونهای فلزی، وارد فرایند تجزیه طبیعی میشوند؛ بدون آنکه نیازی به گرما، فشار یا مواد شیمیایی خورنده باشد. هدف از این نوآوری، ایجاد پلیمرهایی است که در شرایط عادی محیط، خودبهخود به چرخه طبیعت بازگردند.
تجزیه زمانبندیشده؛ از چند روز تا چند سال
مزیت بزرگ این روش، قابلیت کنترل سرعت تجزیه است. پژوهشگران با طراحی دقیق آرایش فضایی گروههای فعال در ساختمان پلیمر، تعیین میکنند پلاستیک چه زمانی و با چه سرعتی از هم گسسته شود. برای مثال، ظروف بستهبندی مواد غذایی میتوانند در عرض چند هفته تجزیه شوند، درحالیکه برای قطعات خودرو یا تجهیزات پزشکی، این زمان ممکن است چند سال باشد.
گو میگوید: «اگر گروههای کمکی در موقعیت دقیق و آماده فعالسازی قرار بگیرند، میتوانیم سرعت تجزیه را بهشدت تغییر دهیم. این فرایند مانند خط تا روی کاغذ است؛ تا زمانی که فشاری وارد نشود، ساختار سالم میماند، اما پس از آن بهراحتی گسسته میشود.»
چشماندازهای آینده
آزمایشها نشان دادهاند که مایع حاصل از تجزیه پلاستیکهای جدید، سمی نیست، اما ارزیابیهای زیستمحیطی بیشتری درحال انجام است. این فناوری همچنین میتواند پایه طراحی مواد هوشمند باشد؛ ازجمله کپسولهای دارویی با قابلیت آزادسازی زمانبندیشده، پوششهای موقتی که خودبهخود پاک میشوند و حتی حسگرهای زیستتجزیهپذیر.
پژوهشگران درحال بررسی قابلیت تولید صنعتی، ایمنی طولانیمدت و کاربردهای گسترده این روش هستند. گو میگوید این فناوری فقط راهی برای ساخت پلاستیکهای دوستدار محیطزیست نیست، بلکه گامی مهم در طراحی مواد واکنشپذیر و آیندهنگر بر پایه پلیمرهاست.
او در پایان گفت: «جرقه اصلی فقط یک فکر ساده بود؛ تقلید از راهبرد طبیعت برای رسیدن به همان نتیجه. دیدن اینکه این ایده اکنون به واقعیت علمی تبدیل شده، هنوز برایم شگفتانگیز است.»
بیشتر بخوانید: محققان روشی جدید برای بازیافت زبالههای پلاستیکی به مواد ارزشمند ابداع کردند
