منوعات

يحتوي “البلاستيك الحي” القابل للتحلل على جراثيم بكتيرية تساعده على التحلل

يمكن أن يساعد نوع جديد من البلاستيك الحيوي في تقليل البصمة البيئية لصناعة البلاستيك. طور باحثون بقيادة جامعة كاليفورنيا سان دييغو شكلاً قابلاً للتحلل من مادة البولي يوريثين الحراري (TPU)، وهو بلاستيك تجاري ناعم ولكنه متين يستخدم في الأحذية وحصائر الأرضيات والوسائد والإسفنج الذكي. وهي مليئة بالجراثيم البكتيرية التي، عند تعرضها للعناصر الغذائية الموجودة في السماد، تنبت وتكسر المادة في نهاية دورة حياتها.

تم تفصيل العمل في مقال نشر في 30 أبريل الاتصالات الطبيعية.

تم تصنيع مادة TPU القابلة للتحلل الحيوي من جراثيم بكتيرية من سلالة العصوية الرقيقة والتي لديها القدرة على تحلل مواد البوليمر البلاستيكية.

وقال جون بوكورسكي، المؤلف المشارك في الدراسة، وأستاذ هندسة النانو في كلية جاكوبس للهندسة في جامعة كاليفورنيا في سان دييغو والقائد المشارك لمركز علوم وهندسة المواد (MRSEC) بالجامعة: “إنها خاصية متأصلة في هذه البكتيريا”. . “لقد أخذنا بعض السلالات وقمنا بتقييم قدرتها على استخدام مادة TPU كمصدر وحيد للكربون، ثم اخترنا السلالة التي نمت بشكل أفضل.”

واستخدم الباحثون الأبواغ البكتيرية، وهي شكل خامل من البكتيريا، بسبب مقاومتها للظروف البيئية القاسية. على عكس الجراثيم الفطرية، التي تلعب دورًا إنجابيًا، تمتلك الجراثيم البكتيرية درعًا بروتينيًا وقائيًا يسمح للبكتيريا بالبقاء على قيد الحياة في الحالة الخضرية.

لصنع البلاستيك القابل للتحلل، قام الباحثون بتغذية العصوية الرقيقة الجراثيم وحبيبات TPU في الطارد البلاستيكي. تم خلط المكونات وصهرها عند درجة حرارة 135 درجة مئوية، ثم تم تشكيلها على شكل شرائح رقيقة من البلاستيك.

ولتقييم قابلية التحلل الحيوي للمادة، تم وضع الشرائط في بيئات سماد ميكروبية نشطة ومعقمة. وتم الحفاظ على مرافق التسميد عند درجة حرارة 37 درجة مئوية مع رطوبة نسبية تتراوح بين 44 إلى 55 بالمائة. أدى الماء والمواد المغذية الأخرى الموجودة في السماد إلى تحفيز إنبات الجراثيم في الشرائط البلاستيكية، والتي وصلت إلى معدل تحلل بنسبة 90% في غضون خمسة أشهر.

وقال بوكورسكي: “الأمر اللافت للنظر هو أن مادتنا تتحلل حتى بدون وجود ميكروبات إضافية”. “هناك احتمال كبير ألا ينتهي الأمر بمعظم هذه المواد البلاستيكية في منشآت التسميد الغنية بالميكروبات، لذا فإن هذه القدرة على التحلل الذاتي في بيئة خالية من الميكروبات تجعل تقنيتنا أكثر تنوعًا.”

وعلى الرغم من أن الباحثين ما زالوا بحاجة إلى دراسة ما تبقى بعد تحلل المادة، إلا أنهم لاحظوا أن الجراثيم البكتيرية العالقة من المحتمل أن تكون غير ضارة. العصوية الرقيقة هي سلالة تستخدم في البروبيوتيك وتعتبر آمنة بشكل عام للإنسان والحيوان – بل قد تفيد صحة النبات.

في هذه الدراسة، تم تصميم الجراثيم البكتيرية بشكل تطوري لتتمكن من البقاء على قيد الحياة في درجات الحرارة المرتفعة المطلوبة لإنتاج مادة TPU. استخدم الباحثون تقنية تسمى التطور التكيفي في المختبر لإنشاء سلالة مقاومة لدرجات حرارة البثق. تتضمن العملية زراعة الجراثيم، وتعريضها لدرجات حرارة شديدة لفترات زمنية متزايدة، والسماح لها بالتحول بشكل طبيعي. يتم بعد ذلك عزل السلالات التي نجت من هذه العملية وإعادة تدويرها مرة أخرى.

وقال آدم فيست، أحد كبار مؤلفي الدراسة، وهو باحث في الهندسة الحيوية في كلية جاكوبس للهندسة بجامعة كاليفورنيا في سان دييغو: “لقد قمنا باستمرار بتطوير الخلايا مرارًا وتكرارًا حتى وصلنا إلى سلالة مُحسّنة لتحمل الحرارة”. “من المدهش مدى نجاح عملية التطور والانتقاء البكتيري في تحقيق هذا الهدف.”

تعمل الجراثيم أيضًا بمثابة حشو معزز، بنفس الطريقة التي تعمل بها حديد التسليح على تقوية الخرسانة. والنتيجة هي نسخة من مادة TPU ذات خصائص ميكانيكية محسنة، تتطلب المزيد من القوة للكسر وتظهر قابلية أكبر للتمدد.

وقال بوكورسكي: “يتم تعزيز هاتين الخاصيتين بشكل كبير ببساطة عن طريق إضافة الجراثيم”. “هذا شيء عظيم لأن إضافة الجراثيم تدفع الخواص الميكانيكية إلى ما هو أبعد من الحدود المعروفة حيث كانت هناك في السابق مقايضة بين قوة الشد وقابلية التمدد.”

وفي حين ركزت الدراسة الحالية على إنتاج كميات أصغر على نطاق مختبري لفهم الجدوى، فإن الباحثين يعملون على تحسين النهج للاستخدام على نطاق صناعي. وتشمل الجهود المستمرة زيادة الإنتاج إلى كميات تصل إلى كيلوغرام، وتطوير البكتيريا لتكسير المواد البلاستيكية بشكل أسرع، واستكشاف أنواع أخرى من البلاستيك بخلاف مادة TPU.

وقال فيست: “هناك أنواع عديدة من المواد البلاستيكية التجارية التي ينتهي بها الأمر في البيئة، والبولي يوريثان الحراري هو واحد منها فقط”. “إحدى خطواتنا التالية هي توسيع نطاق المواد القابلة للتحلل الحيوي التي يمكننا صنعها باستخدام هذه التكنولوجيا.”

تم دعم هذا العمل من قبل مكتب كفاءة الطاقة والطاقة المتجددة والتصنيع المتقدم التابع لوزارة الطاقة الأمريكية (DE-EE0009296)، ومركز أبحاث المواد والهندسة التابع لجامعة كاليفورنيا في سان دييغو (MRSEC) والمؤسسة الوطنية للعلوم (DMR-2011924). ).

..

Source link

orcalimaa

المصدر الرئيسي للأخبار والمعلومات الصحية والطبية الموثوقة وفي الوقت المناسب . توفير معلومات صحية ذات مصداقية ومجتمع داعم وخدمات تعليمية من خلال مزج الخبرة الحائزة على جوائز في المحتوى والخدمات المجتمعية وتعليقات الخبراء والمراجعة الطبية .

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

زر الذهاب إلى الأعلى