Một nhóm nhà khoa học vừa công bố bước tiến mới trong lĩnh vực vật liệu khi chế tạo thành công loại “nhựa sống” có khả năng tự phân hủy theo lệnh. Công nghệ này không chỉ giúp kiểm soát vòng đời của nhựa mà còn mở ra hướng đi tiềm năng nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường do rác thải nhựa gây ra.
Theo nghiên cứu, vật liệu mới được tạo thành bằng cách kết hợp polyme với các vi sinh vật có khả năng phân hủy nhựa. Khi được kích hoạt trong điều kiện phù hợp, các vi sinh vật này sẽ “đánh thức” quá trình phân rã, phá vỡ hoàn toàn cấu trúc vật liệu mà không tạo ra vi nhựa.
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng hai chủng vi khuẩn phối hợp hoạt động để tăng hiệu quả phân hủy. Nhờ cơ chế này, vật liệu có thể bị phân giải hoàn toàn chỉ trong vòng 6 ngày. Các enzyme do vi sinh vật tiết ra đóng vai trò then chốt: một enzyme cắt ngẫu nhiên các chuỗi polyme dài thành các đoạn nhỏ hơn, trong khi enzyme còn lại tiếp tục “xử lý” các mảnh này thành những đơn vị cơ bản.
Ý tưởng cốt lõi của nghiên cứu là biến đặc tính bền vững, vốn là ưu điểm nhưng cũng là nhược điểm của nhựa, thành một tính năng có thể lập trình. Theo các nhà khoa học, thay vì tồn tại hàng trăm năm ngoài môi trường, nhựa có thể được thiết kế để tự phân hủy đúng thời điểm cần thiết, đặc biệt với các sản phẩm có vòng đời ngắn như bao bì.
Để đạt được điều này, nhóm đã phát triển một hệ “nhựa sống” chứa quần thể vi sinh vật (consortia). Cụ thể, vi khuẩn Bacillus subtilis được biến đổi gen để sản xuất hai loại enzyme phân hủy polyme có tính bổ trợ lẫn nhau. Các vi khuẩn này được đưa về trạng thái bào tử ngủ đông và trộn vào polyme polycaprolactone phổ biến trong in 3D và y sinh học nhằm bảo vệ chúng cho đến khi cần kích hoạt.
Trong điều kiện bình thường, vật liệu có đặc tính cơ học tương tự nhựa truyền thống. Tuy nhiên, khi được đưa vào môi trường dinh dưỡng ở nhiệt độ khoảng 50°C, các bào tử sẽ “thức dậy”, kích hoạt quá trình phân hủy. Kết quả là toàn bộ vật liệu bị phá vỡ thành các thành phần cơ bản mà không sinh ra hạt vi nhựa.
Để chứng minh tính khả thi, nhóm nghiên cứu đã chế tạo thử nghiệm một điện cực nhựa đeo được từ vật liệu này. Thiết bị không chỉ hoạt động ổn định trong việc ghi nhận tín hiệu điện cơ của cơ thể người mà còn có thể tự phân hủy hoàn toàn trong vòng 2 tuần sau khi kích hoạt.
Các nhà khoa học cho biết, hướng phát triển tiếp theo là thiết kế cơ chế kích hoạt phù hợp với môi trường nước, nơi tích tụ phần lớn rác thải nhựa. Dù nghiên cứu hiện mới tập trung vào một loại polyme, nguyên lý này có thể mở rộng sang nhiều loại nhựa khác, bao gồm cả nhựa dùng một lần.
Với việc kết hợp sinh học tổng hợp và khoa học vật liệu, “nhựa sống” được kỳ vọng sẽ trở thành giải pháp mới giúp kiểm soát vòng đời sản phẩm nhựa, từ đó góp phần giải quyết bài toán ô nhiễm đang ngày càng cấp bách trên toàn cầu.
Minh Nguyễn (theo IE)