Jens Asbjørn Bøgen
Ruhende Bakterien im „lebenden Kunststoff“ können auf Befehl aktiviert werden, woraufhin sie das Material zersetzen.
Viele Plastikartikel nutzen wir nur wenige Minuten. Doch sobald wir sie wegwerfen, verbleiben sie hartnäckig über Jahrhunderte auf Mülldeponien oder treiben in den Weltmeeren.
Nun haben Wissenschaftler einen cleveren Weg gefunden, diese auf Befehl verschwinden zu lassen, indem sie ein neues Material entwickelt haben, das ruhende Bakterien enthält.
Laut ACS Applied Polymer Materials warten diese Mikroben geduldig auf ein Wecksignal. Sobald sie aktiv sind, zersetzen die Mikroorganismen das umgebende Polymer, ohne Mikroplastik zu hinterlassen. Die Inspiration entstand aus der Beobachtung des täglichen Abfalls.
Zhuojun Dai, ein korrespondierender Autor der Studie, erklärt, dass „die Erkenntnis, dass herkömmliche Kunststoffe Jahrhunderte überdauern, während viele Anwendungen, wie Verpackungen, kurzlebig sind, uns zu der Frage führte: Könnten wir den Abbau direkt in den Lebenszyklus des Materials integrieren?“
So funktioniert die Wissenschaft
Einige natürliche Organismen produzieren Enzyme, die Molekülketten in Stücke zerlegen. Wissenschaftler wollten diese Enzyme in gewöhnliche Materialien einbetten, ohne das Produkt zu beschädigen.
„Durch das Einbetten dieser Mikroben könnten Kunststoffe effektiv ‚lebendig werden‘ und sich auf Befehl selbst zerstören, wodurch Haltbarkeit von einem Problem zu einer programmierbaren Eigenschaft wird“, erläutert Dai.
Um dies zu ermöglichen, veränderte das Team ein Bakterium namens Bacillus subtilis. Im Labor entwickelten sie die winzigen Mikroben so, dass sie zwei unterschiedliche Enzyme freisetzen, die zusammenarbeiten, um die Struktur abzubauen.
Verschwunden in sechs Tagen
Das erste Enzym zerteilt lange Ketten an zufälligen Stellen. Dann greift das zweite Enzym ein. Von den Enden her zersetzt es die Stücke in ihre grundlegenden Bausteine.
Die Forscher mischten ruhende Sporen in Polycaprolacton, ein Material, das im 3D-Druck verwendet wird. Die neue Mischung blieb unter normalen Bedingungen stabil.
Um den Abbauprozess auszulösen, tauchte das Team das Material in eine Nährlösung, die auf 50 Grad Celsius erhitzt wurde. Dieser Weckruf erweckte die Sporen sofort zum Leben.
Innerhalb von sechs Tagen verschwand der Kunststoff vollständig. Da die beiden Enzyme nacheinander arbeiteten, löste sich das Material in seine grundlegenden Bestandteile auf, anstatt in schädliches Mikroplastik zu zerfallen.
Wasseraktivierung als nächster Schritt
Um das Konzept zu beweisen, bauten die Wissenschaftler eine temporäre tragbare Elektrode. Laut der Studie funktionierte das Gerät einwandfrei. Genau zwei Wochen nach der Aktivierung löste es sich vollständig auf.
Nun hofft das Team, die ruhenden Sporen mithilfe von einfachem Wasser aktivieren zu können. Dieser Durchbruch könnte letztendlich dazu beitragen, die immensen Mengen an Abfall zu bewältigen, die in den Weltmeeren und Flüssen treiben.
Obwohl sich dieses Experiment auf ein spezifisches Polymer konzentrierte, glauben die Forscher, dass derselbe Ansatz auch für alltägliche Einwegartikel funktionieren könnte.