به گزارش خبرنگار دانش و فناوری خبرگزاری دانشجو، یک پیاده‌روی معمول در پارک ایالتی کوه بیر (Bear Mountain State Park) برای یووی گو (Yuwei Gu)، شیمیدان اهل راتگرز، به نقطه عطفی تبدیل شد. او وقتی بطری‌های پلاستیکی پراکنده در امتداد مسیر و شناور در دریاچه را دید، توقف کرد.
این صحنه در مکانی که در غیر این صورت دست نخورده به نظر می‌رسید، اشتباه به نظر می‌رسید. آن لحظه سوالی را برانگیخت که راهنمای تحقیقات بعدی او شد.
طبیعت پلیمر‌هایی مانند DNA و RNA را می‌سازد که در نهایت تجزیه می‌شوند، اما پلاستیک‌ها این‌طور نیستند. چرا که نه؟
گو گفت: «زیست‌شناسی در همه جا از پلیمرها، مانند پروتئین‌ها، DNA، RNA و سلولز استفاده می‌کند، با این حال طبیعت هرگز با مشکلات انباشت طولانی‌مدت که در پلاستیک‌های مصنوعی می‌بینیم، مواجه نمی‌شود.»
همانطور که در جنگل ایستاده بود، متوجه نکته‌ی دیگری شد.
«تفاوت باید در شیمی باشد.»
کپی کردن استراتژی طبیعت
گو می‌دانست که پلیمر‌های طبیعی شامل گروه‌های کمکی کوچکی هستند که در ساختار آنها تعبیه شده‌اند.
این گروه‌ها در موقعیت‌های استراتژیک قرار دارند و در صورت نیاز، شکستن پیوند‌ها را آسان‌تر می‌کنند. پلاستیک‌ها فاقد این یاور‌ها هستند. این شکاف، پایه و اساس یک رویکرد جدید شد.
گو گفت: «با خودم فکر کردم، اگر ما آن ترفند ساختاری را کپی کنیم، چه می‌شود؟ آیا می‌توانیم کاری کنیم که پلاستیک‌های ساخته‌ی دست بشر نیز به همین شکل رفتار کنند؟»
تیم او این ایده را آزمایش کرد و این طرح جواب داد.
محققان پلاستیک‌هایی ساختند که در حین استفاده محکم می‌مانند، اما در معرض محرک‌های خاص روزمره تجزیه می‌شوند. نیازی به گرما یا مواد شیمیایی خشن نیست.
گو گفت: «ما می‌خواستیم با یکی از بزرگترین چالش‌های پلاستیک‌های مدرن مقابله کنیم.»
هدف ما یافتن یک استراتژی شیمیایی جدید بود که به پلاستیک‌ها اجازه دهد بدون نیاز به عملیات ویژه، به طور طبیعی در شرایط روزمره تجزیه شوند.
کنترل داخلی
این روش چیزی بیش از تجزیه‌پذیر کردن پلاستیک‌ها انجام می‌دهد. این روش به دانشمندان اجازه می‌دهد سرعت تجزیه را کنترل کنند. محققان این کار را با قرار دادن اجزای شیمیایی به گونه‌ای انجام دادند که در صورت تحریک، آماده فعال شدن باشند.
این فرآیند شبیه تا کردن کاغذ در امتداد تاخوردگی است. ورق تا زمانی که فشار به تاخوردگی برسد، سالم می‌ماند و سپس به راحتی پاره می‌شود.
گو گفت که جهت‌گیری، کنترل را تقویت می‌کند. «مهمتر از همه، ما دریافتیم که چیدمان فضایی دقیق این گروه‌های همسایه، سرعت تخریب پلیمر را به طرز چشمگیری تغییر می‌دهد.»
با تنظیمات، همان پلاستیک می‌تواند در عرض چند روز، چند ماه یا چند سال تجزیه شود.
محصولات می‌توانند متناسب با هدف مورد نظر تنظیم شوند. یک ظرف غذای بیرون‌بر ممکن است پس از مدت کوتاهی ناپدید شود. قطعات خودرو می‌توانند سال‌ها باقی بمانند.
همچنین می‌توان با استفاده از نور فرابنفش یا یون‌های فلزی، این تجزیه را روشن یا خاموش کرد.
کاربرد‌های آینده و گام‌های بعدی
آزمایش‌های اولیه آزمایشگاهی نشان می‌دهد که مایع تجزیه‌شده سمی نیست، اما ارزیابی‌های بیشتری در حال برنامه‌ریزی است.
این تیم همچنین پتانسیل فناوری‌های جدید، از جمله کپسول‌های پزشکی که دارو‌ها را طبق برنامه آزاد می‌کنند و پوشش‌های موقتی که خود را پاک می‌کنند، را می‌بیند.
گو گفت: «این تحقیق نه تنها دریچه‌ای به سوی پلاستیک‌های سازگارتر با محیط زیست می‌گشاید، بلکه جعبه ابزار طراحی مواد پلیمری هوشمند و واکنش‌پذیر را در بسیاری از زمینه‌ها گسترش می‌دهد.»
محققان اکنون در حال مطالعه ایمنی، سازگاری تولید و راه‌های به‌کارگیری گسترده این ماده شیمیایی هستند.
گو با نگاهی به گذشته می‌گوید که آن جرقه هنوز هم حس سورئال دارد. او می‌گوید: «کپی کردن ساختار طبیعت برای رسیدن به همان هدف، یک فکر ساده بود.»
«اما دیدن موفقیتش باورنکردنی بود.»
این مطالعه در مجله Nature Chemistry منتشر شده است.