یویی گو (Yuwei Gu) در حال قدم زدن در پارک ایالتی بیر مانتین در نیویورک بود که با صحنهای غیرمنتظره روبهرو شد. بطریهای پلاستیکی در امتداد مسیر پراکنده بودند و تعدادی دیگر روی سطح دریاچهی نزدیک شناور بودند. دیدن زبالههای پلاستیکی در چنین محیط طبیعیای، این شیمیدان دانشگاه راتگرز را متوقف کرد و ذهنش را به شدت درگیر کرد.
به گزارش پایگاه اطلاعرسانی شیمی کلاب و به نقل از ساینس دیلی، گو شروع به فکر کردن دربارهی پلیمرها کرد؛ مولکولهای زنجیرهای بلندی که هم مواد طبیعی و هم پلاستیکهای مدرن از آنها ساخته شدهاند. DNA و RNA پلیمر هستند، همانطور که پروتئینها و سلولز نیز پلیمر محسوب میشوند. تفاوت در این است که پلیمرهای طبیعی در نهایت تجزیه میشوند، اما پلاستیکهای مصنوعی اغلب دههها یا حتی بیشتر در محیط باقی میمانند.
او گفت: «زیستشناسی در همه جا از پلیمرها استفاده میکند؛ مثل پروتئینها، DNA، RNA و سلولز، اما طبیعت هرگز با مشکل انباشت طولانیمدتی که ما با پلاستیکهای مصنوعی داریم مواجه نمیشود.»
در همان لحظه در دل جنگل، دلیل این تفاوت برای او روشن شد.
«این تفاوت باید در شیمی نهفته باشد.»
کپیبرداری از راه خروجِ طبیعیِ طبیعت
گو متوجه شد اگر پلیمرهای طبیعی میتوانند وظیفهی خود را انجام دهند و سپس ناپدید شوند، شاید پلاستیکهای ساختهی بشر هم بتوانند همین رفتار را داشته باشند. او میدانست که پلیمرهای زیستی دارای ویژگیهای شیمیایی کوچکی هستند که به شکسته شدن پیوندها در زمان مناسب کمک میکنند.
او گفت: «با خودم فکر کردم اگر این ترفند ساختاری را از طبیعت کپی کنیم چه میشود؟ آیا میتوانیم پلاستیکهای مصنوعی را هم وادار کنیم همینطور رفتار کنند؟»
این سؤال به یک پیشرفت علمی منجر شد. در پژوهشی که در مجلهی Nature Chemistry منتشر شد، گو و همکارانش نشان دادند که با این رویکرد الهامگرفته از طبیعت، میتوان پلاستیکهایی ساخت که در شرایط عادی و بدون نیاز به حرارت بالا یا مواد شیمیایی خشن تجزیه شوند.
هدف آنها حل یکی از بزرگترین چالشهای پلاستیکهای مدرن بود: تجزیهپذیری طبیعی.
پلیمرها و پیوندهای شیمیایی چگونه کار میکنند
پلیمرها از واحدهای تکرارشوندهای ساخته شدهاند که مثل مهرههای یک گردنبند به هم وصلاند. پیوندهای شیمیایی این واحدها را کنار هم نگه میدارند. پیوندهای قوی باعث دوام پلاستیک میشوند، اما همین دوام تجزیهی آن را دشوار میکند. پژوهش گو بر طراحی پیوندهایی متمرکز بود که هنگام استفاده قوی باشند، اما بعداً بهراحتی بشکنند.
پلاستیکهای قابلبرنامهریزی با نقاط ضعف پنهان
این پژوهش تنها پلاستیک را تجزیهپذیر نمیکند، بلکه تجزیهی آن را «قابل برنامهریزی» میسازد. با چیدمان دقیق اجزای شیمیایی در ساختار پلیمر، پلاستیک در زمان مشخصی شروع به فروپاشی میکند؛ درست مثل تا زدن کاغذ برای پاره شدن آسانتر.
با وجود این ضعفهای طراحیشده، پلاستیک تا زمان فعالسازی تجزیه، کاملاً مستحکم و کاربردی باقی میماند. با تغییر جهت و موقعیت این گروههای شیمیایی، میتوان تعیین کرد که پلاستیک در چند روز، چند ماه یا حتی چند سال تجزیه شود.
تطبیق عمر پلاستیک با کاربرد واقعی
این فناوری اجازه میدهد عمر پلاستیک دقیقاً متناسب با کاربردش طراحی شود؛ از بستهبندی غذایی یکروزه تا قطعات خودرویی چندساله. تجزیه میتواند از ابتدا در ساختار باشد یا بعداً با نور فرابنفش یا یونهای فلزی فعال شود.
کاربردهای بالقوه فراتر از کاهش آلودگی پلاستیکی است؛ از کپسولهای دارورسانی زمانبندیشده تا پوششهایی که پس از مدتی خودبهخود محو میشوند.
ایمنی و آیندهی پژوهش
آزمایشهای اولیه نشان میدهد مایع حاصل از تجزیهی پلاستیکها سمی نیست، هرچند بررسیهای بیشتری برای اطمینان از ایمنی بلندمدت لازم است. تیم پژوهشی اکنون در حال بررسی اثر قطعات باقیمانده بر موجودات زنده و امکان استفاده از این روش در پلاستیکهای رایج صنعتی است.
