شیمیدانان موفق شدند با الهام از ساختار پلیمرهای طبیعی مانند DNA و RNA، پلاستیک‌های مصنوعی جدیدی را تولید کنند که تحت محرک‌های روزمره و بدون نیاز به گرما یا مواد شیمیایی خشن، به طور کامل تجزیه می‌شوند. این دستاورد که در مجله‌ی معتبر Nature Chemistry منتشر شده، راهکاری نوین برای مقابله با چالش انباشت طولانی‌مدت زباله‌های پلاستیکی ارائه می‌دهد.

جرقه یک ایده در دل طبیعت

جرقه این تحقیق برای یووی گو (Yuwei Gu)، شیمیدان دانشگاه راتگرز، در یک پیاده‌روی در پارک ایالتی کوه بیر زده شد. مشاهده بطری‌های پلاستیکی رهاشده در محیطی که در غیر این صورت بکر به نظر می‌رسید، او را به این پرسش سوق داد که چرا پلیمرهای طبیعی مانند پروتئین‌ها و DNA در نهایت تجزیه می‌شوند، اما پلاستیک‌های مصنوعی اینگونه نیستند.

گو می‌گوید: «زیست‌شناسی در همه جا از پلیمرها، مانند پروتئین‌ها، DNA، RNA و سلولز استفاده می‌کند، با این حال طبیعت هرگز با مشکلات انباشت طولانی‌مدت که در پلاستیک‌های مصنوعی می‌بینیم، مواجه نمی‌شود. تفاوت باید در شیمی باشد.»

وی دریافت که پلیمرهای طبیعی حاوی گروه‌های کمکی کوچکی هستند که در موقعیت‌های استراتژیک قرار گرفته و شکستن پیوندها را تسهیل می‌کنند؛ ویژگی‌ای که پلاستیک‌های رایج فاقد آن هستند.

کپی‌برداری از ترفند ساختاری طبیعت

تیم تحقیقاتی یووی گو تصمیم گرفتند تا این «ترفند ساختاری» طبیعت را در تولید پلاستیک‌های مصنوعی کپی کنند. نتیجه، تولید پلاستیک‌هایی بود که:

• در حین استفاده، استحکام خود را حفظ می‌کنند.
• در معرض محرک‌های خاص روزمره، به راحتی تجزیه می‌شوند.
• برای تجزیه نیازی به حرارت بالا یا مواد شیمیایی قوی ندارند.

هدف اصلی این رویکرد، ارائه یک استراتژی شیمیایی جدید بود که به پلاستیک‌ها اجازه دهد بدون نیاز به عملیات ویژه، در شرایط عادی محیط زیست به طور طبیعی تجزیه شوند.

قابلیت کنترل دقیق سرعت تجزیه

یکی از پیشرفت‌های کلیدی این روش، امکان کنترل دقیق سرعت تجزیه است. محققان با قرار دادن اجزای شیمیایی به شکلی خاص، توانستند زمان فعال شدن فرآیند تخریب را تعیین کنند.

این فرآیند شبیه تا کردن کاغذ است؛ تا زمانی که فشار به خط تا نرسد، ورق سالم می‌ماند و پس از آن به راحتی پاره می‌شود. به گفته گو:

«ما دریافتیم که چیدمان فضایی دقیق این گروه‌های همسایه، سرعت تخریب پلیمر را به طرز چشمگیری تغییر می‌دهد.»

این تنظیمات به محققان اجازه می‌دهد که پلاستیک‌ها را متناسب با هدف مورد نظر طراحی کنند:

علاوه بر این، فرآیند تجزیه را می‌توان با استفاده از محرک‌هایی مانند نور فرابنفش یا یون‌های فلزی، به صورت «روشن» یا «خاموش» کنترل کرد.

آینده مواد پلیمری هوشمند

آزمایش‌های اولیه نشان می‌دهند که مایع حاصل از تجزیه این پلاستیک‌ها سمی نیست، هرچند ارزیابی‌های ایمنی بیشتری در دست انجام است. تیم تحقیقاتی همچنین کاربردهای گسترده‌ای برای این فناوری متصور است، از جمله:

• کپسول‌های پزشکی: آزادسازی دارو به صورت برنامه‌ریزی‌شده.
• پوشش‌های موقتی: پوشش‌هایی که پس از انجام وظیفه، خود به خود پاک می‌شوند.

این تحقیق نه تنها به سوی پلاستیک‌های سازگارتر با محیط زیست گام برمی‌دارد، بلکه جعبه ابزار طراحی مواد پلیمری هوشمند و واکنش‌پذیر را در بسیاری از زمینه‌ها گسترش می‌دهد. محققان اکنون بر مطالعه ایمنی، سازگاری تولید و راه‌های به‌کارگیری گسترده این ماده شیمیایی تمرکز کرده‌اند.