हांगकांग के चीनी विश्वविद्यालय की एक टीम ने हाल ही में "जीवित" गुणों वाली एक नई प्लास्टिक सामग्री का प्रदर्शन किया: कुछ शर्तों के तहत, यह किसी भी माइक्रोप्लास्टिक अवशेष को छोड़े बिना कुछ दिनों से दो सप्ताह के भीतर स्व-विघटित हो सकती है। "प्लास्टिक-खाने वाले" सूक्ष्मजीवों को सीधे प्लास्टिक में एम्बेड करके, शोधकर्ता उन सामग्रियों को अनुमति दे सकते हैं जिन्हें तेजी से और पूर्ण अपघटन प्राप्त करने के लिए उनके जीवन चक्र के अंत में सटीक रूप से "ट्रिगर" करने के लिए नष्ट करना लगभग मुश्किल होता है।
परंपरागत रूप से, एक बार जब प्लास्टिक पर्यावरण में प्रवेश कर जाता है, तो इसे विघटित होने में एक हजार साल तक का समय लग सकता है, और यहां तक कि संक्षिप्त रूप से उपयोग की जाने वाली पैकेजिंग सामग्री भी लंबे समय तक माइक्रोप्लास्टिक के रूप में बनी रह सकती है, जिससे पारिस्थितिक तंत्र और मानव स्वास्थ्य के लिए संचयी जोखिम पैदा हो सकता है। इसके विपरीत, जैव-आधारित सामग्री और जैविक ऊतक अंततः क्षय और विघटित हो जाएंगे। यह "अनिवार्यता" इस अध्ययन के लिए प्रेरणा का स्रोत बन गई: यदि प्लास्टिक को जीवित चीजों की तरह "मृत्यु तंत्र" में डिज़ाइन किया गया है, तो क्या प्लास्टिक प्रदूषण के समय के पैमाने को स्रोत से बदला जा सकता है?
इस परियोजना का नेतृत्व हांगकांग के चीनी विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों ने किया है, जिन्होंने एक "जीवित प्लास्टिक" विकसित किया है। मुख्य विधि इंजीनियर्ड बैक्टीरिया बीजाणुओं को प्लास्टिक मैट्रिक्स में एम्बेड करना है। ये सूक्ष्मजीव दैनिक उपयोग के दौरान निष्क्रिय रहते हैं और सामग्री के प्रदर्शन को प्रभावित नहीं करेंगे; जब शोधकर्ता एक विशिष्ट तापमान पर पोषक तत्व घोल डालते हैं, तो बैक्टीरिया जागृत हो जाते हैं और ऐसे एंजाइमों का स्राव करना शुरू कर देते हैं जो प्लास्टिक को विघटित करते हैं, अंदर से सामग्री संरचना को "स्वयं नष्ट" कर देते हैं।
अनुसंधान टीम द्वारा चुनी गई आधार सामग्री पॉलीकैप्रोलैक्टोन (पीसीएल) है, जो एक प्लास्टिक है जो स्वाभाविक रूप से नष्ट होने योग्य है। अतीत में, इसे ख़राब करने के लिए माइक्रोबियल एंजाइमों के उपयोग पर संबंधित अध्ययन हुए हैं। अंतर यह है कि इस कार्य ने सूक्ष्मजीवों को प्लास्टिक से अलग नहीं किया, बल्कि दोनों को एक साथ एकीकृत कर दिया, ताकि निर्माण की शुरुआत में सामग्री अपनी स्वयं की गिरावट प्रणाली के साथ "पूर्व-स्थापित" हो।
विशिष्ट तकनीकी पथ के लिए, वैज्ञानिकों ने बैसिलस सबटिलिस का चयन किया और इसे इंजीनियर किया ताकि यह उचित परिस्थितियों में पॉलिमर को नष्ट करने वाले एंजाइमों का कुशलतापूर्वक उत्पादन कर सके। पिछले अध्ययनों के विपरीत जो एकल एंजाइम प्रणाली पर निर्भर थे, इस कार्य ने दो एंजाइमों को डिज़ाइन किया जो एक दूसरे के साथ सहयोग करते हैं: एक प्रकार का एंजाइम कई स्थानों पर लंबी श्रृंखला वाले पॉलिमर को "काटने" के लिए जिम्मेदार है, जो प्लास्टिक के कंकाल को जल्दी से कमजोर कर देता है; दूसरे प्रकार का एंजाइम सूक्ष्मजीवों द्वारा आगे उपयोग और प्रसंस्करण के लिए इन टुकड़ों को छोटे अणुओं में तोड़ना जारी रखता है।
प्रायोगिक परिणाम बताते हैं कि यह दोहरी-एंजाइम प्रणाली पारंपरिक एकल-एंजाइम समाधान की तुलना में अधिक कुशल है और छह दिनों के भीतर पीसीएल मैट्रिक्स का लगभग पूर्ण क्षरण प्राप्त कर सकती है। साथ ही, क्योंकि सूक्ष्मजीव बीजाणुओं के रूप में प्लास्टिक फिल्म में समाहित होते हैं, सामग्री के यांत्रिक गुण सामान्य पीसीएल फिल्मों के करीब होते हैं, और यह अभी भी उपयोग के दौरान लचीलेपन और ताकत की जरूरतों को पूरा कर सकता है।
इस बात पर जोर दिया जाना चाहिए कि यह "जीवित प्लास्टिक" बिना किसी कारण के अचानक आत्म-विनाश नहीं करेगा, और इसके क्षरण के लिए विशिष्ट ट्रिगरिंग स्थितियों की आवश्यकता होती है। शोधकर्ताओं ने ट्रिगर माध्यम के रूप में लगभग 50 डिग्री सेल्सियस तक गर्म किए गए पोषक तत्व संवर्धन समाधान का उपयोग किया। जब कल्चर समाधान सामग्री के संपर्क में आता है, तो निष्क्रिय बीजाणु सक्रिय हो जाते हैं, जो तुरंत एंजाइमों का स्राव और प्लास्टिक अपघटन प्रक्रिया शुरू कर देता है।
व्यावहारिक अनुप्रयोग की व्यवहार्यता को सत्यापित करने के लिए, टीम ने पहनने योग्य इलेक्ट्रोड डिवाइस बनाने के लिए इस सामग्री का उपयोग किया, और इसकी पूर्ण गिरावट प्रक्रिया का निरीक्षण करने के लिए प्रयोग में ट्रिगर कल्चर समाधान जोड़ा। परिणामों से पता चला कि "जीवित इलेक्ट्रोड" मूल रूप से दो सप्ताह के भीतर पूरी तरह से विघटित हो गया, जबकि नियंत्रण समूह में व्यावसायिक रूप से उपलब्ध प्लास्टिक से बना इलेक्ट्रोड अभी भी समान परिस्थितियों में लगभग बरकरार था, जिससे गिरावट की गति और संपूर्णता के मामले में नई सामग्री के फायदे उजागर हुए।
शोधकर्ता यह भी मानते हैं कि इस तकनीक की अभी भी सीमाएँ हैं। सबसे पहले, इसे केवल पीसीएल प्रणालियों में सत्यापित किया गया है जो स्वाभाविक रूप से नष्ट होने योग्य हैं। भविष्य में, इसे और अधिक सामान्य प्लास्टिक (विशेष रूप से डिस्पोजेबल प्लास्टिक) में बढ़ावा देने के लिए और अधिक सामग्री अनुकूलन और प्रक्रिया विकास की आवश्यकता होगी। दूसरे, अधिकांश "बायोडिग्रेडेबल" प्लास्टिक की तरह, गिरावट का प्रभाव पर्यावरणीय स्थितियों पर अत्यधिक निर्भर है। विशिष्ट ट्रिगरिंग मीडिया या उपयुक्त माइक्रोबियल समुदायों की अनुपस्थिति में, सामग्री अभी भी प्राकृतिक वातावरण में सामान्य प्लास्टिक के करीब व्यवहार कर सकती है।
हालाँकि, पीसीएल, एक सब्सट्रेट, प्राकृतिक प्लास्टिक-अपघटित सूक्ष्मजीवों वाले मिट्टी या खाद वातावरण में बायोडिग्रेड करने के लिए जाना जाता है, जो कुछ हद तक इस चिंता को कम करता है कि "ट्रिगर स्थितियां बहुत कठोर हैं"। फिर भी, शोध दल को अभी भी और अधिक सार्वभौमिक ट्रिगरिंग तरीकों को विकसित करने की उम्मीद है, जैसे कि सामग्रियों को सक्रिय करने के लिए जल पर्यावरण में स्थितियों का उपयोग करना, क्योंकि बड़ी मात्रा में प्लास्टिक अंततः नदियों और महासागरों में प्रवाहित होता है। केवल जब उन्हें जल निकायों में प्रभावी ढंग से ट्रिगर और नष्ट किया जा सकता है तो समुद्री प्लास्टिक प्रदूषण को काफी हद तक कम किया जा सकता है।
भविष्य को देखते हुए, वैज्ञानिक इस "प्रत्यारोपित सूक्ष्मजीव + दोहरी एंजाइम प्रणाली" रणनीति को अधिक प्लास्टिक प्रकारों तक विस्तारित करने की योजना बना रहे हैं, विशेष रूप से उन सामान्य प्लास्टिकों के लिए जो व्यापक रूप से पैकेजिंग और डिस्पोजेबल उत्पादों में उपयोग किए जाते हैं। यदि यह विचार परिपक्व होता है और बड़े पैमाने पर लागू किया जाता है, तो प्लास्टिक उत्पादों का डिज़ाइन तर्क "केवल प्रदर्शन पर विचार करने" से "शुरुआत से जीवन चक्र के अंत में निर्माण" में स्थानांतरित होने की उम्मीद है, जो भौतिक स्तर पर वैश्विक प्लास्टिक प्रदूषण नियंत्रण के लिए एक नया तकनीकी प्रारंभिक बिंदु प्रदान करेगा।
वर्तमान में, यह शोध एप्लाइड पॉलिमर मैटेरियल्स जर्नल में प्रकाशित हुआ है, और अधिक प्रयोगात्मक विवरण और डेटा अमेरिकन केमिकल सोसाइटी द्वारा सार्वजनिक रूप से जारी किए गए हैं। जैसा कि अंतर्राष्ट्रीय समुदाय "प्लास्टिक कटौती" और "प्लास्टिक-मुक्त" पथों की खोज जारी रखता है, इस प्रकार का "जीवित प्लास्टिक" जो मांग पर स्वयं नष्ट हो सकता है, सुविधा का त्याग किए बिना प्लास्टिक के पारिस्थितिक जीवन को छोटा करने के लिए एक कल्पनाशील और तकनीकी रूप से व्यवहार्य नई दिशा प्रदान करता है।