توصل العلماء إلى طريقة جديدة لـ صنع البلاستيك (عبر البوليمرات) يمكن أن تمنعه من التناثر في مياه البحار.. للإلهام حول كيفية تفكيك البلاستيك، لجأ العلماء إلى جزيئات الحمض النووي الريبي.
مقدمة
أمضى الكيميائيون القرن الماضي وهم يحاولون تصنيع مواد بلاستيكية تتحلل في مياه البحر كما هو الحال ، يبدو أن معظم المواد البلاستيكية تستغرق قرونًا لتتحلل تمامًا في المحيط. (صنع البلاستيك)
هذا هو أحد الأسباب التي تجعل البلاستيك يشكل 80٪ من نفايات المحيطات لكن هذا قد يتغير صمم العلماء للتو مادة بلاستيكية جديدة يمكن أن تتحلل في مياه البحر في غضون أسابيع ، وليس عقودًا أو أكثر.
في الثلاثينيات من القرن الماضي ، ابتكر العلماء مادة بلاستيكية مشهورة الآن من نشا الذرة والبطاطس يُعرف باسم الحمض اللبني البوليمر ، وهو جزيء مصنوع من خلال ربط العديد من لبنات البناء تسمى المونمرات. (صنع البلاستيك)
في سلسلة طويلة كان العلماء يأملون في أن يندمج الحمض اللبني البوليمرات بسرعة في البيئة وفي بعض الأماكن ، مثل حفر السماد ، يحدث ذلك لكن ليس في مياه البحر حتى بعد ثلاث سنوات في مياه المحيط ، يظل البوليمر دون تغيير إلى حد كبير.
تعزيز اندماج الحمض اللبني البوليمر
ركز بعض العلماء عملهم على البوليمرات على تعزيز اندماج الحمض اللبني البوليمرات كجزء من هذا العمل ، أصبح جزءًا من فريق أضاف للتو بعض نقاط الانهيار المستوحاة من علم الأحياء إلى البوليمرات لقد وضعوا نقاط الانكسار تلك في الأماكن التي ترتبط فيها المونومرات في جزيئات البوليمر PLA.
لقد أضعفوا الروابط التي انضمت إلى ما يصل إلى 15 بالمائة من مونومرات الحمض اللبني البوليمرات بعد ذلك ، قاموا بنقع عيناتهم في مياه البحر الاصطناعية وقاموا بقياس مدى سرعة تعطل هذه الإصدارات المعدلة من الحمض اللبني البوليمرات كان المنتج النهائي المتوقع لانهيار PLA عبارة عن جزيء صغير يسمى حمض اللاكتيك لذلك اختبروا ذلك أيضًا.
(صنع البلاستيك)
كما كان الفريق يأمل ، هاجمت مياه البحر الروابط الضعيفة بين المونومرات ، ممزقة سلسلة البوليمرات كلما زاد عدد نقاط الانهيار التي أضافها الباحثون إلى البوليمرات ، زادت سرعة تفكك الحمض اللبني البوليمرات.
تحطم البوليمر بالكامل خلال أسبوعين فقط
عندما أضعفوا 15 في المائة من روابط المونومر للبوليمر، تحطم البوليمر بالكامل خلال أسبوعين فقط. عندما أضعفوا 3 في المائة فقط من الروابط ، استغرق الانهيار حوالي عامين يشير هذا إلى أن الفريق يمكنه تصميم مدى سرعة تكسير PLA في الماء عن طريق تعديل عدد الروابط الضعيفة التي يمتلكها.(صنع البلاستيك)
شارك الباحثون عملهم في 4 أكتوبر في مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية يقول Rheinberger ، هذه “الورقة الأولى التي تبحث في تسريع انهيار PLA في مياه البحر على المستوى الجزيئي.”
الاقتراض من علم الوراثة لـ صنع البلاستيك
فكر في جزيء PLA على أنه عقد من اللؤلؤ ، حيث تكون كل لؤلؤة مونومر عادة ، تبقى تلك اللآلئ مرتبطة بقوة هذا هو السبب في أن البوليمر العادي يقاوم الانهيار ولكن مع التفاعل الكيميائي الصحيح ، يمكن أن تنفصل هذه اللآلئ. (صنع البلاستيك)
حاول كيميائيون آخرون تمزيق البوليمرات عن طريق استبدال بعض مونومرات البوليمرات بأنواع أخرى أضعف حاول الكيميائيون أيضًا مزج PLA النقي مع مواد أخرى مواد تتحلل بالفعل في البيئة ومن الأمثلة على ذلك الألياف النباتية مثل الكتان أو القنب.
وذلك عندما قررت مجموعته تغيير الروابط بين المونومرات جاء مصدر إلهامهم لكيفية القيام بذلك من علم الوراثة.
تكوين الكائنات الحية وتشغيلها بتخزين الحمض النووي
تحتوي جميع الكائنات الحية على DNA و RNA. تساعد هذه الجزيئات معًا في تكوين الكائنات الحية وتشغيلها بتخزين الحمض النووي. يستخدم RNA هذه التعليمات لـ (صنع البلاستيك) مثل PLA ، كلاهما من البوليمرات. لكنها مصنوعة من مونومرات مختلفة.
كدليل التعليمات النهائي ، صُنع الحمض النووي ليدوم. RNA ليس كذلك يقول راينبرغر إن جزيئاته “لها عمر قصير”. كل جزيء RNA مصنوع لوظيفة واحدة عندما يتم ذلك ، يتفكك الحمض النووي الريبي ، مما يؤدي إلى تحرير المونومرات لإعادة استخدامها.
تحتوي هذه المونومرات على مجموعات من الأكسجين وذرات الهيدروجين تسمى الهيدروكسيل أكثر من تلك الموجودة في الدنا هذا مهم هذه الهيد رو كسيل هي المكان الذي يبدأ فيه تكسير الحمض النووي الريبي. الهيد رو كسيل يجذب الماء ، مما يسهل على جزيئات الماء مهاجمة جزيء الحمض النووي الريبي المزيد من الهيد رو كسيل يعني تحلل أسرع.
(صنع البلاستيك)
ماذا سيأتي بعد ذلك؟
نسخ راينبرغر وفريقه هذا الجزء المحتوي على الهيدروكسيل من الحمض النووي الريبي واستخدموه لربط بعض مونومرات البوليمر.
هذا الجزء المحتوي على الهيدروكسيل من RNA ليس مونومر RNA كامل. يحتوي كل مونومر RNA على “حلقة سكر” خماسية الجوانب ومجموعة من الذرات تسمى “الفوسفات”. للحصول على القطعة المحتوية على الهيدروكسيل.
“نأخذ فقط الفوسفات وثلاث روابط من حلقة السكر ،” كما يقول راينبرجر. تحصل نقاط الانهيار على اسمها من هذا الفوسفات. يطلق عليهم روابط فوسفوستر (Foss-foh-ES-tur). (صنع البلاستيك)
مهليكا كارامانلي أوغلو تدرس الهندسة الطبية الحيوية في جامعة اسطنبول جيليسيم. إنها في تركيا ، إلى الشرق من إيطاليا وبلغاريا. لقد درست أيضًا الانهيار البيئي للبوليمر. تقول عن الأسلوب الهولندي: “إنه نهج جديد”. يقول كارامانلي أوغلو إن دراستهم هي أيضًا “دراسة أولية”. لذلك يجب اتباع المزيد من الاختبارات يريد العلماء معرفة مدى قوة البوليمرات بالقديم.
اندماج البوليمر في مياه البحر الاصطناعية
يوافقه راينبرغر ويضيف: “أنت بحاجة إلى الكثير من المواد لبدء تلك الدراسات” وحتى الآن ، صنع فريقه كميات صغيرة فقط من البوليمرات المعدل.
يشير Karamanlioglu إلى أن الفريق الهولندي اختبر أيضًا انهيار PLA في مياه البحر الاصطناعية وتضيف: “أتساءل عما إذا كانوا فحصوا [الماء] بحثًا عن التلوث” إذا كانت ملوثة بالميكروبات ، فربما تكون هذه الميكروبات قد أنتجت جزيئات تسمى الإنزيمات التي تسرع تحلل البوليمرات (PLA). (صنع البلاستيك)
قد تُصنع الأكواب وأدوات المائدة التي تستخدم لمرة واحدة في يوم من الأيام من PLA الجديد من الناحية النظرية ، يمكن لهذا البلاستيك الجديد أن يحل محل أي PLA قديم ، بما في ذلك النوع المستخدم في العديد من الطابعات ثلاثية الأبعاد.
وربما يمكن للعلماء إضافة نقاط كسر مستوحاة من الحمض النووي الريبي إلى بوليمرات بلاستيكية أخرى أيضًا.
خاتمة
يقول كارامانلي أوغلو إن مكانًا آخر قد يثبت فيه البوليمرات الجديد فائدته هو الطب الحيوي يستخدم PLA بالفعل في صنع الخيط المستخدم في خياطة الجروح يجب أن تتحلل الغرز والغرسات الطبية ، مما يعني الذوبان “في بعض الأحيان لا تريد أن تتحلل الغرسة بهذه السرعة. (صنع البلاستيك)
” تلاحظ ويقول إنه ربما يمكن أن توفر نقاط الانهيار المستوحاة من الحمض النووي الريبي أداة جديدة لتحديد مدى سرعة تفكك تلك الغرسات الطبية.
هذه واحدة من سلسلة تقدم أخبارًا عن التكنولوجيا والابتكار ، والتي أصبحت ممكنة بفضل الدعم السخي من مؤسسة Lemelson. (صنع البلاستيك)
المصدر: A new way to make plastics could keep them from littering the seas
طالع أيضاً: قد تشهد مدن الاحتباس الحراري المزيد من الأمطار والفيضانات المتكررة
