(Разные разности. «ХиЖ» 2024 №6)
Кто изобрел полимеры? Термин «полимеры» придумал знаменитый шведский химик Йёнс Якоб Берцелиус без малого 200 лет назад. Но не стоит думать, что сами полимеры изобрели химики. Нет, конечно. Полимеры придумала природа.
Целлюлоза древесины, крахмал в картошке и кукурузе, белки в живых организмах, наконец главная молекула жизни ДНК — это все природные полимеры с длинными молекулами-цепочками из повторяющихся звеньев. Другое дело, что люди научились делать полимеры, которых нет в природе — с особыми свойствами и удивительной стойкостью.
Эту стойкость на заре химизации в прошлом веке высоко ценили пользователи. А сегодня долгоживучесть полимеров обернулась серьезной проблемой для окружающей среды. Возрастающее давление этих материалов на природу становится все более заметным. Очевидно, что проблема требует решения. И решать ее должны те, кто создает и производит полимеры, то есть химики. Вот химики и стараются.
Разработкой биоразлагаемых материалов из термополиуретанов, из которых делают ковры, сиденья в автомобиле и много чего еще, занялись исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего. Из прежних исследований они уже знали, что в природе обитают специфические почвенные штаммы бактерии Bacillus subtilis, которые могут пожирать термополиуретан. Но для этого охотник и жертва должны встретиться в природе, а это событие маловероятно.
Вот и пришла в голову ученым идея соединить их заранее, чтобы в нужный момент они не искали друг друга. Решение очень простое — подмешать бактерии к полимерам. Причем не сами бактерии, а их споры, которые остаются неактивными и нечувствительными долгое время, пока не встретятся с почвой и не проснутся.
Однако здесь есть еще одна проблема. Технология изготовления материалов из термополиуретана предусматривает нагрев до 135°С. Но споры «нормальных» бактерий B. subtilis могут выдерживать температуру только до 100°. Пришлось специально выращивать штамм бактерий, устойчивый к нагреванию. Для этого исследователи применили технику под названием «Адаптивная лабораторная эволюция».
Споры бактерий сначала подвергали нагреву до температуры, которая была чуть больше их нормального предела. Часть бактерий погибала, а выживших подогревали до еще более высокой температуры. Так, шаг за шагом, ученые получили нужный термостойкий штамм.
Теперь споры Bacillus subtilis смешивали с сырьем из термополиуретана, а затем при 135°С сплавляли в массу. Прочностные и эластичные свойства полиуретана при добавлении спор нисколько не пострадали. Тест-полоски из этой массы поместили в сосуды со стерильным донным материалом и хранили при температуре 37° и относительной влажности около 50%.
Питательные вещества компостного материала в сочетании с влагой заставили микробы в полиуретане выйти из своего спорового состояния, и они начали разрушать пластик. Всего за пять месяцев пластиковые полоски разложились на 90% (Nature Communications). Важно, что для разложения нового материала не понадобились никакие дополнительные микробы из окружающей среды.
Наверное, решение имеет право на существование. Лишь бы споры бактерий в полиуретане не проснулись раньше времени и не активировались, чтобы кресло в такси не начало расползаться под вами.
Л.Н. Стрельникова
Остальные статьи из этой рубрики вы можете найти в подборке «Разные разности»
Купить номер или оформить подписку на «Химию и жизнь»: https://hij.ru/hij_kiosk.shtml
Благодарим за ваши «лайки», комментарии и подписку на наш канал
– Редакция «Химии и жизни»
