米国化学会が発表した最近の研究では、科学研究チームが、あらかじめ設定した条件が発動すると自己分解し、マイクロプラスチック残留物を生成することなく6日以内に基本的な化学単位に完全に分解できる「生きたプラスチック」の開発に成功したことが示された。研究者らは、この設計は、使い捨てプラスチック製品が大量に使用されながらも環境中に長期間滞留するという問題に対処するために、材料のライフサイクルレベルから「自己破壊メカニズム」を組み込むことを目的としていると述べた。
この研究はACS Applied Polymer Materialsに発表され、Dai Zhuojun氏などの研究者が主導した。 Dai Zhuojun 氏は、従来のプラスチックは何世紀にもわたって環境中に存在する可能性があるが、多くの用途シナリオ (包装など) では短期間の使用のみが必要であると指摘しました。 「これは私たちに考えさせます。制御可能な分解機能を材料のライフコースに直接埋め込むことができるでしょうか?」
研究チームは、特定の機能を持つ微生物や酵素をプラスチック材料に直接埋め込み、必要なときに材料が「目覚め」て分解プロセスを開始できる、いわゆる「生きたプラスチック」に焦点を当てている。一部の微生物は、長いポリマー鎖を小さな断片に切断する酵素を生成することができ、プラスチック自体もポリマーであるため、研究者らはこれらの微生物や酵素を材料に導入することで「材料内での完全な分解」を構想している。
単一の酵素に頼ってプラスチックを分解するこれまでのアプローチとは異なり、研究チームは合成生物学の手法を用いて枯草菌を操作し、相乗的な2つのポリマー分解酵素を継続的に生産できるようにした。 1 つの酵素は長いポリマー鎖に沿ってランダムな切断を行い、ポリマー鎖をより小さな断片に分解します。一方、もう 1 つの酵素は、モノマーの構成要素に完全に分解されるまでこれらの断片の端から切断を続けます。
材料の準備プロセス中に、研究者らは休眠状態の枯草菌胞子を、3Dプリンティングや一部の外科用縫合糸で一般的に見られるポリマーであるポリカプロラクトン（PCL）と混合した。得られる「リビング プラスチック」は、通常のポリカプロラクトン フィルムと同様の機械的特性を持ち、特定の構造要件および使用要件を満たします。同時に、内部には起動可能な劣化システムが隠されています。
実験では、研究者らが材料に栄養培地を加えて摂氏約50度に加熱すると、もともと休眠していた胞子が活性化され、前述の2つの酵素を生成し始めた。この条件下では、検出可能なマイクロプラスチック粒子を生成することなく、プラスチックは 6 日以内に基本構成要素に完全に分解され、分解経路と最終生成物の制御における協調酵素システムの利点が実証されました。
同チームはまた、「生きたプラスチック」の初期応用シナリオのデモンストレーションサンプルとして、ウェアラブルプラスチック電極も製造した。この電極は使用期間中は正常に動作し、実験により劣化が引き起こされてから2週間以内に完全に分解したため、将来的には使用期間終了後に自動的に消滅する電子機器の開発の可能性が得られた。
研究者らは次に、胞子が水域で活性化できるように、誘発条件を水環境に拡張することを計画している。この考え方は、大量のプラスチック汚染が最終的には川や湖、海に流れ込むという現実に向けたものです。この研究はポリカプロラクトンという単一ポリマーに焦点を当てているが、同じ考え方が他の種類のプラスチック、特に使い捨て製品に広く使用されているプラスチックにも応用できる可能性があると著者らは指摘している。
この研究は、中国の国家重点研究開発プログラム、深セン医学研究基金、国家自然科学財団、広東省優秀青少年基金、深セン科学技術計画から資金提供を受けた。関連論文のタイトルは「Degradable Living Plastics Programmed by Engineered Microbial Consortia」で、2026 年 4 月 9 日にオンラインで公開されました。