Американские химики нашли новый подход к программируемой деградации пластиковых полимерных материалов. Они добавили в пластик небольшие капсулы с ферментом, катализирующим деполимеризацию. Если нагреть такой материал, фермент начинает расщеплять полимер изнутри, а капсулы помогают контролировать этот процесс.

Внутрь капсулы может пролезть только хвост полимерной молекулы, поэтому полимерная цепь не рвется в произвольных местах, а расщепляется постепенно. Поликапролактон с инкапсулированным ферментом можно полностью разложить за 24 часа в буферном растворе или за двое суток в стандартном компосте.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

Ученые уже давно ищут способы переработки пластиковых полимерных материалов. Один из вариантов — использование ферментов, белковых соединений, которые ускоряют химические реакции в живых системах. Так как реакции расщепления полимеров происходят и в живых организмах, можно выделить фермент, ускоряющий такую реакцию, и попробовать перенести его действие на расщепление похожего искусственного полимера.

Впрочем, на практике это не так просто: искусственные полимеры более стабильны, и, чтобы расщепить их, нужны более жесткие условия, в которых многие ферменты сами начинают разрушаться. Обычно, чтобы расщепить пластик, его дробят на мелкие кусочки, нагревают и смешивают с ферментом, но можно поступить иначе: добавлять небольшие количества ферментов к полимеру с самого начала, еще на стадии изготовления материала. Такой процесс еще называют программируемой деградацией: при комнатной температуре фермент не взаимодействует с пластиком, но, если материал нагреть, фермент активизируется, запуская процесс деполимеризации.

У этого способа множество преимуществ: пластик не нужно дробить на части, можно проводить процесс при более низкой температуре и использовать меньше фермента. Правда, и недостатков пока хватает: прочность материала от таких добавок ухудшается, а сам процесс деградации сложнее контролировать, в результате получается сложная смесь продуктов, а иногда — даже частицы микропластика.

Новый оригинальный подход к программируемой деградации пластика нашли американские материаловеды под руководством Тина Сюя (Ting Xu) из Университета Беркли в Калифорнии.