En kemist vid Rutgers University har utvecklat en ny typ av plast som efterliknar naturliga polymerer för att brytas ner på begäran, vilket potentiellt minskar miljöföroreningar. Inspirerad av plastavfall under en vandring har Yuwei Gus team konstruerat material som bryts ner under vardagliga förhållanden utan hårda behandlingar. Genombrottet, beskrivet i Nature Chemistry, ger exakt kontroll över nedbrytningstider från dagar till år.
Yuwei Gu, biträdande professor vid avdelningen för kemi och kemisk biologi vid Rutgers University, fick idén till nedbrytbara plaster under en vandring i Bear Mountain State Park, New York. Där stötte han på utspridda plastflaskor längs stigarna och i en närliggande sjö, vilket fick honom att fundera över varför syntetiska plaster består medan naturliga polymerer som DNA, RNA, proteiner och cellulosa så småningom bryts ner.
«Biologin använder polymerer överallt, som proteiner, DNA, RNA och cellulosa, men naturen ställs aldrig inför de långsiktiga ackumulationsproblem vi ser med syntetiska plaster», sade Gu.
Polymerer består av upprepade enheter som är sammankopplade med kemiska bindningar, vilket ger styrka men också hållbarhet som hindrar nedbrytning. Gus team fokuserade på att replikera naturens strukturella egenskaper – små kemiska element som försvagar bindningar vid rätt tidpunkt. Genom att placera dessa element exakt i plastens molekylära struktur skapade de material som förblir robusta under användning men sönderfaller snabbt när de aktiveras.
Detta tillvägagångssätt möjliggör programmerbar nedbrytning, justerbar via rumslig orientering av molekylära grupper. «Viktigast är att vi fann att den exakta rumsliga arrangemanget av dessa närliggande grupper dramatiskt förändrar hur snabbt polymeren bryts ner», förklarade Gu. «Genom att styra deras orientering och placering kan vi konstruera samma plast för att brytas ner över dagar, månader eller till och med år.»
Nedbrytningen sker under omgivande förhållanden, eller kan initieras med ultraviolett ljus eller metalljoner, vilket passar applikationer som kortlivad livsmedelsförpackning eller långlivade bildelar. Utöver avfallsreduktion stödjer tekniken tidsstyrd läkemedelsleverans och självupplösliga beläggningar.
«Denna forskning öppnar inte bara dörren till mer miljövänliga plaster utan utökar också verktygslådan för att designa smarta, responsiva polymerbaserade material inom många fält», noterade Gu. Inledande tester visar att den resulterande vätskan är giftfri, även om ytterligare säkerhetsbedömningar pågår.
Studien, publicerad i Nature Chemistry 2025, leddes av doktoranden Shaozhen Yin, med bidrag från biträdande professor Lu Wang, doktoranden Rui Zhang, forskningsbiträdande professor N. Sanjeeva Murthy och före detta undergraduate Ruihao Zhou. Teamet undersöker nu integration av denna kemi i tillverkning och utvärdering av fragmentens säkerhet i ekosystem.
