Des plastiques « vivants » se décomposent en seulement six jours sans laisser de microplastiques
De nombreux objets en plastique sont utilisés pendant quelques minutes ou quelques heures, mais ces matériaux peuvent rester dans l’environnement pendant des décennies, voire des siècles. Des chercheurs explorent désormais une approche différente : celle des plastiques conçus pour se décomposer lorsqu’ils sont activés.
Connus sous le nom de plastiques vivants, ces matériaux contiennent des microbes dormants capables de dégrader le polymère environnant. Dans une étude publiée dans ACS Applied Polymer Materials, des scientifiques ont développé une version qui se décompose complètement en six jours sans produire de microplastiques.
Zhuojun Dai, auteur principal de l’étude, explique que « la prise de conscience que les plastiques traditionnels persistent pendant des siècles, alors que de nombreuses applications, comme l’emballage, sont de courte durée, nous a amenés à nous demander : pourrions-nous intégrer la dégradation directement dans le cycle de vie du matériau ? »
Transformation des microbes en système d’élimination intégré
Certaines micro-organismes produisent naturellement des enzymes qui fragmentent les chaînes polymères longues en sections plus petites. Étant donné que les plastiques sont fabriqués à partir de polymères, les chercheurs ont examiné la possibilité d’incorporer ces enzymes, ou les microbes qui les produisent, directement dans les matériaux plastiques.
« En intégrant ces microbes, les plastiques pourraient effectivement « prendre vie » et se détruire sur commande, transformant la durabilité d’un problème en une caractéristique programmable », précise Dai.
Les conceptions antérieures de plastiques vivants dépendaient souvent d’une seule enzyme, ce qui limitait l’efficacité de la dégradation. Pour améliorer le processus, Dai, Jin Geng, Dianpeng Qi et leurs collègues ont modifié Bacillus subtilis pour produire deux enzymes dégradant les polymères qui travaillent ensemble.
Décomposition complète en six jours
Les chercheurs ont combiné des spores dormantes de B. subtilis avec du polycaprolactone, un polymère courant dans l’impression 3D et certains sutures chirurgicales. En gardant les bactéries sous forme de spores, ils les ont protégées jusqu’à ce que l’équipe soit prête à commencer le processus de dégradation.
Le plastique vivant fini présentait des propriétés mécaniques similaires à celles des films de polycaprolactone ordinaires. Il est resté solide et fonctionnel dans des conditions normales, ce qui suggère que l’ajout des spores n’a pas significativement affaibli le matériau.
Pour activer les bactéries, l’équipe a ajouté un bouillon nutritif chauffé à 50 degrés Celsius. Les spores sont devenues actives et ont commencé à produire les deux enzymes. En six jours, le plastique avait été complètement réduit à ses éléments de base. Grâce à l’action séquentielle des enzymes, le matériau ne s’est pas simplement effondré en petits fragments plastiques, ce qui a permis d’éviter la formation de microplastiques lors de la décomposition.
Un dispositif portable qui disparaît
Pour démontrer une application potentielle, les chercheurs ont fabriqué un électrode en plastique portable à partir du matériau vivant. L’appareil a fonctionné comme prévu et s’est entièrement dégradé en deux semaines après activation.
Cette avancée suggère que les plastiques vivants pourraient éventuellement être utilisés dans des produits qui doivent rester durables pendant une période limitée, mais ne devraient pas persister après leur élimination.
Expansion de la technologie à d’autres plastiques
L’équipe espère maintenant développer une méthode qui active les spores bactériennes dans l’eau, où une part significative de la pollution plastique s’accumule. Bien que les expériences se soient concentrées sur un seul polymère, les chercheurs pensent que la même stratégie générale pourrait être adaptée à d’autres matériaux, y compris ceux couramment utilisés dans les produits jetables.
Les auteurs reconnaissent le soutien du Programme national de recherche et développement clé de Chine, du Fonds de recherche médicale de Shenzhen, de la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine, des Fonds de sciences naturelles du Guangdong pour les jeunes chercheurs distingués, et du Programme de science et technologie de Shenzhen.
(Source : ACS Applied Polymer Materials)
