حلول مستوحاة من الطبيعة وعصر مزدهر من المواد المستدامة.. بلاستيك حيوي جديد يذوب بسرعة في الماء

إن تأثير البلاستيك الصناعي على كوكبنا مثير للقلق، على أقل تقدير. فهو موجود في كل مكان – من أعماق محيطاتنا إلى الطعام الذي نتناوله، حتى أنه يجد طريقه إلى أجسادنا.

لكن أفيناش مانجولا باسافانا، وهو عالم أبحاث مخضرم في جامعة نورث إيسترن، يرى أن “MECHS” هو الحل، يقول إن “نوع التأثير الذي تخلفه المواد التي صنعها الإنسان على العالم الحي يؤدي إلى تغير المناخ والتلوث وأكثر من ذلك”، مضيفا “إحدى الطرق التي نتمكن من خلالها من معالجة هذه المشكلة هي جعل المواد مستدامة وكذلك جعل المواد ذكية أو بارعة.”

 البلاستيك الحيوي الجديد

بالتعاون مع نيل إس. جوشي، الأستاذ المشارك في الكيمياء والبيولوجيا الكيميائية في جامعة نورث إيسترن، نجح مانجولا باسافانا في إنتاج بلاستيك حيوي جديد أطلق عليه اسم MECHS.

إنها اختصار للمواد الحية المصممة ميكانيكيًا مع قابلية التحلل والشفاء وقابلية التوسع.

وقد عرض الفريق مؤخرًا اكتشافهم في مجلة Nature Communications، وقاموا بتوضيح عملهم الفريد باستخدام مواد حية معدلة وراثيًا، وخلايا حية تنتج مواد وظيفية.

عجائب البلاستيك الحيوي

ما الذي يجعل MECHS متميزًا؟ لقد قدم لنا مانجولا باسافانا وجوشي سببين رئيسيين.

• أولاً، يُظهر MECHS جمال الحلول المستوحاة من الطبيعة، مع القدرة على التجدد وتنظيم الذات والاستجابة للمحفزات الخارجية مثل الضوء.
• السبب الثاني أكثر أهمية في سياق اليوم. فعلى عكس المواد البلاستيكية الضارة التي تخنق كوكبنا وأجسادنا، فإن MECHS قابلة للتحلل البيولوجي في الماء وحتى في صندوق السماد.

يقول جوشي: “في الوقت الحالي، نستخدم الكثير من البلاستيك التقليدي غير القابل للتحلل البيولوجي في التطبيقات التي لا نحتاج إلى استخدامها على الإطلاق،. وإذا استبدلنا ذلك بالبلاستيك الخاص بنا، فيمكنك ببساطة التخلص منه في المرحاض وسيتحلل بيولوجيًا”.

المواد الحية المصممة

حتى الآن، لم تكن مثل هذه المواد الحية المصنعة قابلة للتوسع لإنتاجها على نطاق واسع، وهنا يأتي دور MECHS.

يتكون هذا المنتج بشكل أساسي من بكتيريا الإشريكية القولونية المعدلة وراثيًا والمتشابكة مع مصفوفة من الألياف، والتي تم تصنيعها على شكل مادة تشبه الورق أو الفيلم.

يمنح الهيكل الليفي مادة MECHS بعض الخصائص المرغوبة. على سبيل المثال، يمكن للبلاستيك الحيوي أن يتمدد مثل الغلاف البلاستيكي ويمكن هندسته وراثيًا للحصول على صلابة متغيرة. والأمر المثير للاهتمام هو أن لديه قدرات الشفاء الذاتي.

ولكن ما هو الشيء الأكثر إثارة للاهتمام؟ إن مادة MECHS قابلة للذوبان بشكل كامل، سواء في كميات كبيرة من الماء أو في صندوق السماد، فهي تذوب بسرعة، أسرع بكثير من المواد البلاستيكية القابلة للتحلل البيولوجي الأخرى الموجودة، بالإضافة إلى ذلك، يمكن إنتاجها بكميات كبيرة على غرار الورق.

التطبيقات المحتملة

تتصور العجائب العلمية أن MECHS هو الحل لمشكلة “التغليف الأولي”، ويشمل ذلك الغطاء البلاستيكي الذي يحمي هاتفك الآيفون الجديد أو كبسولات المنظفات لأجهزتك المنزلية، تخيل MECHS ملفوفًا حول نبات في وعاء، يتحلل ببطء ويطلق البروتينات لتخصيب النبات!

وفي معرض حديثه عن مشكلة التلوث البلاستيكي العالمية، يرى مانجولا باسافانا إمكانات قوية لـ MECHS في مجال التغليف البلاستيكي، الذي يغطي ما يقرب من ثلث سوق البلاستيك.

ويشير إلى أن العمر الافتراضي لمثل هذه التغليف قد يستمر بضعة أيام إلى عامين، ولكن البلاستيك البتروكيماوي المستخدم قد يستغرق مئات السنين حتى يتحلل بيولوجيًا.

يقول مانجولا باسافانا: “بالنسبة لمثل هذا العمر القصير للتغليف، فإن المواد البلاستيكية البتروكيماوية التي قد تستغرق مئات السنين للتحلل البيولوجي غير ضرورية في كثير من الحالات، وبالتالي فإن البديل المستدام مثل MECHS بسبب قابليته للتحلل البيولوجي، وسهولة التدفق، والقدرة على الضبط الميكانيكي يمكن أن يكون بمثابة تغيير كبير”.

التحديات في تبني MECHS

ورغم أن تقنية MECHS تقدم حلاً ثورياً لأزمة البلاستيك العالمية، فإن تبني هذه التقنية على نطاق واسع لا يخلو من التحديات. ويتمثل أحد المخاوف الرئيسية في الاستقرار الجيني للبكتيريا الإشريكية القولونية المعدلة وراثياً المستخدمة في تقنية MECHS.

يتعين على العلماء التأكد من أن البكتيريا تظل آمنة ومستقرة في ظل ظروف بيئية مختلفة لتجنب العواقب غير المقصودة. بالإضافة إلى ذلك، فإن تحويل الصناعات التي تعتمد على البلاستيك التقليدي إلى MECHS ينطوي على التغلب على حواجز اقتصادية ولوجستية كبيرة.

وقد تحتاج مرافق الإنتاج في جميع أنحاء العالم إلى اعتماد تقنيات وبنية أساسية جديدة لاستيعاب هذه المواد الجديدة، مما قد يؤدي إلى تكاليف كبيرة في الأمد القريب.

وعلاوة على ذلك، لا بد من التغلب على الإدراك العام والعقبات التنظيمية لكسب الثقة والموافقة على استخدامها على نطاق واسع.

مستقبل المواد المستدامة

إذا نظرنا إلى المستقبل، فإن الابتكارات المتعلقة بـ MECHS تشير إلى عصر مزدهر من المواد المستدامة والقابلة للتكيف القادرة على تحويل الصناعات.

ومع تقدم الأبحاث المتعلقة بالمواد الحية، تظهر إمكانيات جديدة، مثل تمكين تطوير مواد ديناميكية وقابلة للتكيف مع التقنيات التي لم يتم تصورها بعد.

وبناءً على نجاحهما مع MECHS، يتصور مانجولا باسافانا وجوشي مجموعة متوسعة من المواد القابلة للتحلل البيولوجي، كل منها مصمم لتطبيقات محددة تتراوح من الحفاظ على البيئة إلى الرعاية الصحية.

يركز عملهم على التعاون بين التخصصات – ربط علم الأحياء والكيمياء والهندسة – لتطوير حلول مستدامة.

وفي نهاية المطاف، يعد MECHS دليلاً على أن احتضان الابتكار المستوحى من الطبيعة يمكن أن يؤدي إلى تحقيق اختراقات لديها القدرة على إعادة تشكيل علاقتنا بالمواد التي نستخدمها والبيئة التي نعيش فيها.

نُشرت الدراسة في مجلة Nature Communications .