Muitos itens de plástico são usados apenas por alguns minutos ou horas, mas o material pode permanecer no meio ambiente por décadas ou até séculos. Os investigadores estão agora a explorar outra abordagem: plásticos concebidos para se autodecomporem quando ativados.
Esses materiais, conhecidos como plásticos vivos, contêm micróbios dormentes capazes de decompor o polímero circundante. Em um estudo publicado em Materiais Poliméricos Aplicados ACSos cientistas desenvolveram uma versão que se decompõe completamente em seis dias sem a formação de microplásticos.
Zhuojun Dai, autor correspondente do artigo, explica que “a constatação de que os plásticos tradicionais duram séculos, enquanto muitas aplicações, como embalagens, têm vida curta, nos fez perguntar: podemos incorporar a degradação diretamente no ciclo de vida do material?”
Transformando micróbios em um sistema integrado de eliminação
Alguns microrganismos produzem naturalmente enzimas que cortam longas cadeias poliméricas em fragmentos menores. Como os plásticos são feitos de polímeros, os investigadores estão a investigar se estas enzimas, ou os micróbios que as produzem, podem ser incorporadas diretamente nos materiais plásticos.
“Ao incorporar esses micróbios, o plástico pode efetivamente ‘ganhar vida’ e se autodestruir sob comando, transformando a durabilidade de um problema em um recurso programável”, explica Dye.
As primeiras construções plásticas vivas muitas vezes dependiam de uma única enzima que limitava a eficiência de decomposição do material. Para melhorar o processo, Dai, Jin Geng, Dianpeng Qi e seus colegas projetaram Bacillus subtilis para produzir dois polímeros destrutivos de enzimas que trabalham juntos.
A primeira enzima corta longas cadeias poliméricas em pontos aleatórios, reduzindo-as em seções mais curtas. O segundo trabalha então a partir das extremidades desses fragmentos, dividindo-os ainda mais em blocos de construção de monômeros individuais.
Desmontagem completa em seis dias
Os pesquisadores combinaram o sono B. subtilis disputas com policaprolactona (um polímero comum na impressão 3D e em algumas suturas cirúrgicas). Manter as bactérias na forma de esporos as protegeu até que a equipe estivesse pronta para iniciar o processo de degradação.
O plástico vivo acabado possuía propriedades mecânicas semelhantes às dos filmes convencionais de policaprolactona. Permaneceu robusto e funcional em condições normais, indicando que a adição de esporos não enfraqueceu significativamente o material.
Para ativar as bactérias, a equipe adicionou um caldo nutriente aquecido a 50 graus Celsius (122 graus Fahrenheit). Os esporos tornaram-se ativos e começaram a produzir duas enzimas. Em seis dias, o plástico foi completamente transformado nos blocos básicos de construção.
Como as enzimas funcionaram em sequência, o material não se desintegrou apenas em fragmentos plásticos menores. O processo foi eficaz o suficiente para prevenir a formação de microplásticos durante a decomposição.
Um wearable que desaparece
Para demonstrar um possível uso no mundo real, os pesquisadores fizeram um eletrodo de plástico vestível a partir de material vivo. O dispositivo funcionou corretamente e falhou completamente duas semanas após a ativação.
O resultado sugere que os plásticos vivos poderiam eventualmente ser usados em produtos que precisam permanecer estáveis por um tempo limitado, mas que não precisam ser armazenados depois de serem descartados.
Estendendo a tecnologia para outros plásticos
A equipe espera agora desenvolver um método que ative esporos bacterianos na água, onde se acumula uma proporção significativa da poluição plástica.
Embora os experimentos tenham se concentrado em um polímero, os pesquisadores acreditam que a mesma estratégia geral pode ser adaptada para outros materiais, incluindo plásticos que são amplamente utilizados em produtos descartáveis.
Os autores agradecem o financiamento do Programa Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento da China, da Fundação de Pesquisa Médica de Shenzhen, da Fundação Nacional de Ciências Naturais da China, dos Fundos de Ciências Naturais de Guangdong para Jovens Cientistas Extraordinários e do Programa de Ciência e Tecnologia de Shenzhen.
