Группа исследователей из Китая объявила о создании нового типа полимерного материала, который получил название «живой пластик». Его ключевая особенность — способность к полному распаду по команде всего за шесть суток, без образования вредных микрочастиц.
Ирина Медведева
Два фермента, расщепляющие пластик, могут работать вместе, чтобы полностью разложить материал за неделю. Источник: Shutterstock. scitechdaily.com
Одноразовые пластиковые изделия, несмотря на краткосрочность их использования, остаются в природе на десятилетия и даже столетия. В поисках решения этой проблемы специалисты обратились к биотехнологиям: они предлагают внедрять в структуру пластика микроорганизмы, которые при активации запускают процесс его разложения.
Согласно публикации в журнале ACS Applied Polymer Materials, коллектив учёных применил два типа бактерий, работающих в паре. Благодаря их совместной деятельности материал полностью разрушился за шесть дней, не оставив после себя микропластика.
Механизм разложения встроен прямо в структуру материала
Автор исследования Чжуоцзюнь Дай поясняет, что толчком к работе стало противоречие между долговечностью традиционных пластмасс и их реальным использованием, которое часто ограничивается одним циклом. Возник вопрос: можно ли встроить механизм разложения прямо в структуру материала?
Некоторые бактерии способны вырабатывать ферменты, расщепляющие длинные полимерные молекулы на короткие фрагменты. Поскольку пластмассы относятся к полимерам, исследователи решили включить такие ферменты или сами микроорганизмы непосредственно в состав пластика.
«Добавив микробов, мы фактически «оживляем» материал, давая ему возможность самоуничтожаться в заданный момент, превращая долговечность из недостатка в настраиваемую характеристику», — отмечает Дай.
Живой пластик с парой ферментов, расщепляющих пластик, полностью разложился за шесть дней. Источник: Adapted from ACS Applied Polymer Materials 2026, DOI: 10.1021/acsapm.5c04611
Полученные результаты открывают путь к принципиально новому классу материалов, где биологическая компонента не просто добавлена, а интегрирована в саму логику существования пластика.
В отличие от компостируемых полимеров, требующих строгих промышленных условий для разложения, «живой пластик» работает по принципу триггера: он сохраняет все свойства обычного материала до момента подачи сигнала.
Это позволяет избежать преждевременной деградации при хранении или использовании, что было главной проблемой ранних биоразлагаемых аналогов. Фактически, срок службы изделия теперь задаётся не химической стабильностью полимера, а выбором момента активации спор.
Два фермента завершают работу
Ранее в подобных работах применяли один фермент, но команда Дай, Цзинь Гэн и Дяньпэн Ци поставила задачу повысить эффективность разложения. Они модифицировали бактерию Bacillus subtilis так, чтобы она продуцировала два различных фермента, действующих последовательно.
Первый разрезает полимерные цепи в произвольных местах, а второй разбирает полученные обломки с концов до мономеров — исходных «кирпичиков».
Споры B. subtilis в состоянии покоя соединили с поликапролактоном — полимером, применяемым в 3D-печати и производстве хирургических нитей. Такая форма защищает бактерии до момента запуска.
Полученный «живой» пластик по своим механическим характеристикам почти не уступал обычному поликапролактону.
После добавления питательной среды, нагретой до 50 °C (122 °F), споры активировались, и всего за шесть дней материал разложился до простейших составных частей. Из-за слаженной работы двух ферментов в процессе не образуются частицы микропластика.
Успех с поликапролактоном даёт основания для оптимизма в отношении более распространённых пластиков, таких как полиэтилен или полипропилен. Их структура сложнее и устойчивее, но принцип последовательного действия двух ферментов универсален: первый фермент создаёт «точки входа» в прочную полимерную цепь, а второй доводит процесс до полного распада на мономеры.
Исследователи уже подбирают микробные штаммы, способные синтезировать аналогичные пары ферментов для этих материалов. Если такая настройка окажется возможна, это позволит заменить инертные пластмассы в одноразовых упаковках, медицинских инструментах и товарах краткосрочного пользования.
Живой пластик с парой ферментов, расщепляющих пластик, полностью разложился за шесть дней. Источник: Adapted from ACS Applied Polymer Materials 2026, DOI: 10.1021/acsapm.5c04611
Самоликвидация в течение двух недель
В качестве первой демонстрации учёные создали из такого пластика носимый электрод. Устройство функционировало в полном соответствии с ожиданиями, а затем полностью потеряло работоспособность в течение двух недель.
Как сообщает scitechdaily.com , следующая цель команды — разработать способ активации спор в водной среде, где накапливаются значительные объёмы пластиковых отходов.
Хотя все эксперименты проводились на одном типе полимера, авторы уверены, что их подход применим и к другим пластмассам, включая те, что массово используются для одноразовых товаров.
Вопрос массового внедрения упирается не только в науку, но и в экономику. Включение спор в полимерную матрицу требует дополнительных этапов при производстве гранул и формовании изделий. Однако авторы указывают, что затраты могут быть компенсированы снижением расходов на утилизацию и переработку.
Уже сейчас разрабатываются версии материала, где споры вводятся в жидкий прекурсор пластика перед отверждением — это стандартная стадия для многих производственных процессов, что снижает барьер для внедрения.
Важно отметить, что «самоуничтожение» материала происходит без выделения вредных промежуточных продуктов. Благодаря тому, что второй фермент последовательно разбирает осколки полимера до мономеров, среда получает не токсичный шлам, а соединения, которые могут быть усвоены почвенными бактериями.
В экспериментах с модельными экосистемами не было зафиксировано накопления углеродных остатков или угнетения микрофлоры. Это существенное преимущество перед обычным микропластиком, который действует как сорбент для токсинов и нарушает пищевые цепи.
Перспектива разработки
Перспектива использования «живого пластика» в водной среде — следующая амбициозная цель.
Пока активация спор требует нагрева, что ограничивает применение в океане или пресных водоёмах. Но если удастся подобрать штаммы, реагирующие на естественные сигналы — например, изменение pH, концентрацию солей или присутствие определённых бактерий-индикаторов загрязнения, — можно будет создавать изделия, которые запускают разложение лишь при попадании в мусорное пятно или на свалку.
В таком сценарии пластик перестаёт быть вечным мусором и становится материалом с программируемым жизненным циклом.
Проблема утилизации отходов сегодня как никогда актуальна, и ученые всего мира предлагают различные варианты ее решения.
Так, например, ученые из Университета Делавэра считают, что пластиковый пакет, который мы обычно отправляем в мусор, может стать отличным источником топлива при правильном подходе. Исследователи совершили прорыв, значительно ускорив процесс конвертации пластиковых отходов в горючее для транспорта.
Также мы рассказывали, что в ходе испытаний установки объемом 300 литров исследователи успешно преобразовали отходы биодизеля с помощью генетически модифицированных микроорганизмов в сырье для производства пластика.
А в процессе термолиза на установке термолиза в Нижнекамске, СИБУР, перерабатываются различные типы смешанных пластиков (остатки от сортировки отходов, предназначенных для механической переработки, пленки, многослойную упаковку и т.д.) при температурном режиме 350-450оС, с получением вторичных продуктов, таких как каучуки и полиолефины.