Wissenschaftler entwickeln biologisch abbaubaren Kunststoff, der in nur sechs Tagen vollständig zerfällt

In einer in ACS Applied Polymer Materials veröffentlichten Studie nutzte ein Team zwei kooperierende Bakterienstämme, um den Kunststoff innerhalb ändig abzubauen, ohne dabei Mikroplastik zu erzeugen. Kunststoffe könnten sich selbst zerstören.

Zhuojun Dai, einer der leitenden Autoren der Publikation, erklärt: „Die Erkenntnis, dass herkömmliche Kunststoffe über Jahrhunderte bestehen bleiben, während viele Anwendungen, wie beispielsweise Verpackungen, nur kurzlebig sind, hat uns dazu veranlasst zu fragen: Können wir den Abbau direkt in den Lebenszyklus des Materials integrieren?" Einige Mikroben produzieren Enzyme, die lange Polymerketten in kleinere Fragmente spalten können.

Da Kunststoffe Polymere sind, können Forscher potenziell diese Enzyme oder die Mikroorganismen, die sie produzieren, direkt in lebende Kunststoffmaterialien einbringen. „Durch die Einbettung dieser Mikroorganismen könnten Kunststoffe effektiv 'zum Leben erweckt' werden und auf Kommando selbstzerstörerisch werden, wodurch Haltbarkeit programmierbaren Eigenschaft wird", erklärt Dai.

Technik und Auswirkungen

Zwei Enzyme erledigten den Vorgang. Frühere Ansätze stützten sich überwiegend auf ein einziges Enzym, doch Dai, Jin Geng, Dianpeng Qi und ihre Kollegen zielten darauf ab, den Abbauvorgang effizienter zu gestalten. Sie modifizierten Bacillus subtilis, damit es zwei aufeinanderfolgend wirkende Polymer-abbauende Enzyme produziert.

Das eine Enzym spaltet lange Polymerketten an zufälligen Stellen in kleinere Fragmente auf, während das zweite Enzym diese kleineren Fragmente ihre Monomeren-Bausteine zerlegt.

Die Forscher kombinierten ruhende B. subtilis-Sporen mit Polycaprolacton (einem Polymer, das häufig im 3D-Druck und bei einigen chirurgischen Nahtmaterialien verwendet wird), sodass die Mikroorganismen bis zur Aktivierung geschützt bleiben.

Was die Studie zeigt

Das resultierende lebende Kunststoffmaterial besaß mechanische Eigenschaften, die denen gewöhnlicher Polycaprolacton-Folien nahe kamen. Als die Forscher eine bei 50 °C (122 °F) erwärmte Nährbouillon hinzufügten, wurden die Sporen aktiv und zersetzten den Kunststoff innerhalb ändig in seine Grundbausteine.

Da die beiden Enzyme so effektiv zusammenwirkten, wurde bei diesem Abbau-Prozess die Entstehung ühe Geräte zersetzten sich. Als frühe Demonstration fertigte das Team aus dem lebenden Kunststoff einen tragbaren plastischen Elektrodenbaustein an. Das Gerät funktionierte wie erwartet und zerfiel anschließend innerhalb ändig.

Als nächstes möchten die Forscher einen Weg finden, die Sporen in Wasser zu aktivieren, wo sich Plastikverschmutzung schließlich ansammelt.

Technik, Energie und Einsatz

Obwohl die Arbeit sich auf einen Polymer konzentrierte, könnte die gleiche allgemeine Strategie potenziell auch für andere Kunststoffe angepasst werden, einschließlich Materialien, die häufig in Einwegprodukten verwendet werden.

Referenz: „Abbaubare lebende Kunststoffe, programmiert durch maßgeschneiderte mikrobielle Konsortien", Jing Sun, Qing Wang, Runtao Zhu, Lin Wang, Guangfa Xiang, Jiaxin Tang, Jie Li, Hang Zhao, Shuhui Li, Junsong Sun, Zhiyuan Liu, Jin Geng, Dianpeng Qi und Zhuojun Dai, 9. April 2026, ACS Applied Polymer Materials.

DOI: 10.1021/acsapm.5c04611 Förderung durch das Nationale Schlüssel-Forschungs- und Entwicklungsprogramm Chinas, das Shenzhen Medical Research Fund, die Nationale Naturwissenschaftliche Stiftung Chinas, die Guangdong Natural Science Funds für herausragende junge Wissenschaftler sowie das Shenzhen Science and Technology Program.