Banyak barang plastik yang hanya digunakan selama beberapa menit atau jam, namun bahan tersebut dapat bertahan di lingkungan selama beberapa dekade atau bahkan berabad-abad. Para peneliti kini menjajaki pendekatan berbeda: plastik dirancang untuk terurai saat diaktifkan.
Dikenal sebagai plastik hidup, bahan-bahan ini mengandung mikroba tidak aktif yang mampu mendegradasi polimer di sekitarnya. Dalam sebuah penelitian yang diterbitkan di Bahan Polimer Terapan ACSpara ilmuwan mengembangkan versi yang terurai sempurna dalam enam hari tanpa menghasilkan mikroplastik.
Zhuojun Dai, penulis makalah tersebut, menjelaskan bahwa “kesadaran bahwa plastik tradisional bertahan selama berabad-abad, sementara banyak kegunaannya, seperti kemasan, hanya berumur pendek, membuat kami bertanya: dapatkah kita mengintegrasikan degradasi langsung ke dalam siklus hidup bahan tersebut?”
Mengubah mikroba menjadi sistem eliminasi terintegrasi
Beberapa mikroorganisme secara alami menghasilkan enzim yang memotong rantai polimer panjang menjadi fragmen yang lebih kecil. Karena plastik terbuat dari polimer, para peneliti menyelidiki apakah enzim ini, atau mikroba yang memproduksinya, dapat diintegrasikan langsung ke dalam bahan plastik.
“Dengan mengintegrasikan mikroba-mikroba ini, plastik dapat secara efektif ‘hidup kembali’ dan menghancurkan dirinya sendiri sesuai perintah, mengubah keberlanjutan dari sebuah masalah menjadi sebuah fitur yang dapat diprogram,” kata Dai.
Desain plastik hidup yang lebih tua sering kali mengandalkan enzim tunggal, sehingga membatasi seberapa efisien bahan tersebut dapat dipecah. Untuk meningkatkan prosesnya, Dai, Jin Geng, Dianpeng Qi dan rekan-rekannya merancang Bacillus subtilis untuk menghasilkan dua enzim pendegradasi polimer yang bekerja sama.
Enzim pertama memotong rantai polimer panjang pada titik-titik acak, mereduksinya menjadi bagian-bagian yang lebih pendek. Yang kedua kemudian bekerja dari ujung fragmen-fragmen ini, selanjutnya memecahnya menjadi blok-blok penyusun monomerik masing-masing.
Kerusakan total dalam enam hari
Para peneliti menggabungkan orang-orang yang tidur B.subtilis spora dengan polikaprolakton (polimer yang umum pada pencetakan 3D dan beberapa jahitan bedah). Menjaga bakteri dalam bentuk spora akan melindungi mereka sampai tim siap memulai proses degradasi.
Plastik hidup yang sudah jadi memiliki sifat mekanik yang mirip dengan film polikaprolakton biasa. Bahan ini tetap kuat dan berfungsi dalam kondisi normal, menunjukkan bahwa penambahan spora tidak melemahkan material secara signifikan.
Untuk mengaktifkan bakteri tersebut, tim menambahkan kaldu nutrisi yang dipanaskan hingga 122 derajat Fahrenheit (50 derajat Celcius). Spora menjadi aktif dan mulai memproduksi kedua enzim tersebut. Dalam waktu enam hari, plastik telah terurai seluruhnya hingga menjadi elemen dasarnya.
Karena enzim bekerja secara berurutan, material tersebut tidak hancur begitu saja menjadi pecahan plastik yang lebih kecil. Proses tersebut cukup efektif untuk mencegah terbentuknya mikroplastik selama penguraian.
Perangkat wearable yang hilang
Untuk menunjukkan kemungkinan penggunaannya di dunia nyata, para peneliti membuat elektroda plastik yang dapat dipakai dari bahan hidup. Perangkat berfungsi seperti yang diharapkan, kemudian rusak total dalam waktu dua minggu setelah aktivasi.
Hasilnya menunjukkan bahwa plastik hidup berpotensi digunakan dalam produk yang harus tetap tahan lama untuk jangka waktu terbatas namun diperkirakan tidak akan bertahan lama setelah dibuang.
Memperluas teknologi ke plastik lainnya
Tim tersebut kini berharap dapat mengembangkan metode yang mengaktifkan spora bakteri di air, tempat sebagian besar polusi plastik terakumulasi.
Meskipun percobaan terfokus pada satu polimer, para peneliti yakin strategi umum yang sama dapat diterapkan pada bahan lain, termasuk plastik yang banyak digunakan dalam produk sekali pakai.
Para penulis mengakui pendanaan dari Program Penelitian dan Pengembangan Nasional Tiongkok, Dana Penelitian Medis Shenzhen, Yayasan Ilmu Pengetahuan Alam Nasional Tiongkok, Dana Ilmu Pengetahuan Alam Guangdong untuk Peneliti Muda Terhormat, dan Program Sains dan Teknologi Shenzhen.
