لقد طور كيميائي في جامعة روتجرز نوعًا جديدًا من البلاستيك يقلد البوليمرات الطبيعية ليتحلل عند الطلب، مما قد يقلل من التلوث البيئي. مستوحى من نفايات البلاستيك أثناء نزهة، قام فريق يووي غو بتصميم مواد تتحلل تحت ظروف يومية دون معالجات قاسية. الاختراق، المفصل في Nature Chemistry، يسمح بالتحكم الدقيق في أوقات التحلل من أيام إلى سنوات.
يووي غو، أستاذ مساعد في قسم الكيمياء وعلم الأحياء الكيميائي بجامعة روتجرز، توصل إلى فكرة البلاستيك القابل للتحلل أثناء تجوله في حديقة Bear Mountain State Park الولائية في نيويورك. هناك، واجه زجاجات بلاستيكية مبعثرة على طول المسارات وفي بحيرة قريبة، مما أثار تأملات حول سبب استمرار البلاستيك الصناعي بينما تتحلل البوليمرات الطبيعية مثل الـDNA والـRNA والبروتينات والسليلوز في النهاية.
«تستخدم البيولوجيا البوليمرات في كل مكان، مثل البروتينات والـDNA والـRNA والسليلوز، لكن الطبيعة لا تواجه مشكلات التراكم طويل الأمد التي نراها مع البلاستيك الصناعي»، قال غو.
تتكون البوليمرات من وحدات متكررة مترابطة بروابط كيميائية، مما يوفر القوة ولكن أيضًا المتانة التي تعيق التحلل. ركز فريق غو على تقليد ميزات التركيب الطبيعي: عناصر كيميائية صغيرة تضعف الروابط في الوقت المناسب. من خلال ترتيب هذه العناصر بدقة في الهيكل الجزيئي للبلاستيك، أنشأوا مواد تبقى قوية أثناء الاستخدام لكنها تتفكك بسرعة عند التنشيط.
يسمح هذا النهج بالتحلل القابل للبرمجة، قابل للتعديل عبر التوجيه المكاني للمجموعات الجزيئية. «الأهم من ذلك، وجدنا أن الترتيب المكاني الدقيق لهذه المجموعات المجاورة يغير بشكل كبير سرعة تحلل البوليمر»، شرح غو. «من خلال التحكم في اتجاهها وموضعها، يمكننا تصميم نفس البلاستيك ليتحلل على مدار أيام أو أشهر أو حتى سنوات».
يحدث التحلل تحت ظروف محيطة، أو يمكن بدؤه بضوء فوق بنفسجي أو أيونات معدنية، مما يناسب تطبيقات مثل تغليف الطعام قصير العمر أو أجزاء السيارات الدائمة. بالإضافة إلى تقليل النفايات، تدعم التكنولوجيا توصيل الأدوية الموقوت وطلاءات ذاتية الذوبان.
«لا تفتح هذه البحث فقط الباب أمام بلاستيك أكثر مسؤولية بيئيًا بل توسع أيضًا أدوات تصميم المواد البوليمرية الذكية والمتجاوبة عبر مجالات عديدة»، لاحظ غو. تظهر الاختبارات الأولية أن السائل الناتج غير سام، على الرغم من أن تقييمات السلامة الإضافية جارية.
الدراسة، المنشورة في Nature Chemistry في عام 2025، قادها طالب الدكتوراه Shaozhen Yin، مع مساهمات من الأستاذة المساعدة Lu Wang، وطالبة الدكتوراه Rui Zhang، والبروفيسور الباحث المساعد N. Sanjeeva Murthy، والطالب السابق Ruihao Zhou. يستكشف الفريق الآن دمج هذه الكيمياء في التصنيع وتقييم سلامة الشظايا في النظم البيئية.
