Bằng cách cấy vi sinh vật ăn nhựa vào vật liệu gốc, các nhà khoa học tại Đại học Trung văn Hong Kong (Trung Quốc) đã tạo ra loại “nhựa sống” có khả năng phân hủy.

Điện cực làm từ chất liệu nhựa thương mại (hàng trên) khó phân hủy hơn so với điện cực làm từ “nhựa sống” (hàng dưới). Ảnh: ACS

Một số vi sinh vật (vi khuẩn, nấm) có khả năng phân hủy chuỗi polymer dài (nhựa, nhựa sinh học) bằng cách tiết ra các enzyme ngoại bào đặc hiệu. Dựa trên cơ chế này, các nhà khoa học tiến hành biến đổi gien bào tử vi khuẩn Bacillus subtilis để chúng sản sinh enzyme phân hủy nhựa, sau đó cấy trực tiếp vào vật liệu nhựa gốc. Các vi sinh vật này sẽ ở trạng thái ngủ đông cho đến khi được kích hoạt bởi một loại “dung dịch dinh dưỡng” nóng, sau đó chúng sẽ tiêu thụ hoàn toàn nhựa trong vòng vài ngày, không để lại bất kỳ hạt vi nhựa nào.

Đây không phải lần đầu các nhà khoa học sử dụng vi sinh vật để phân hủy nhựa. Năm 2024, vật liệu polycaprolactone (PCL) đã từng được dùng để thử nghiệm khả năng phân hủy của một loại enzyme do vi sinh vật tiết ra. Trong khi đó, ở Mỹ, nhóm nghiên cứu của Đại học California cũng tạo ra loại nhựa dẻo đàn hồi cao TPU chứa các bào tử vi sinh vật, có thể phân hủy khi bị thải ra bãi rác.

Tuy nhiên, sự đổi mới của các nhà khoa học Hong Kong nằm ở hai khía cạnh. Thứ nhất, thay vì dựa vào một enzyme để phân hủy polymer, họ đã biến đổi các chủng Bacillus subtilis để chúng sản sinh 2 enzyme hoạt động phối hợp và bổ sung cho nhau. Cụ thể, một enzyme sẽ tách các chuỗi polymer dài, phá vỡ cấu trúc ban đầu, enzyme còn lại sẽ phân hủy chúng. So với phương pháp sử dụng enzyme đơn, enzyme kép hoạt động hiệu quả hơn đáng kể khi phân hủy gần như hoàn toàn PCL chỉ trong 6 ngày.

Sự đổi mới thứ hai nằm ở việc nhúng trực tiếp các bào tử vi sinh vật vào vật liệu nhựa gốc, thu được thành phẩm là "nhựa sống". Vật liệu mới này có các đặc tính cơ học bền bỉ và dẻo dai giống như màng PCL thông thường. Khi thêm vào chất xúc tác là một dung dịch dinh dưỡng ở nhiệt độ 50°C, nó sẽ kích hoạt các bào tử vi khuẩn khởi động quá trình phân hủy. 

Trong thử nghiệm, các nhà nghiên cứu đã dùng loại "nhựa sống" nói trên để tạo ra điện cực mềm dẻo. Kết quả, sản phẩm hoạt động bình thường và tự phân hủy khi gặp chất xúc tác. Quá trình này diễn ra trong 2 tuần mà không để lại dấu vết, kể cả hạt vi nhựa.

Mặc dù nhấn mạnh tính ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu này là rất lớn, song các nhà khoa học thừa nhận hạn chế của loại nhựa mới là quá trình phân hủy vẫn phụ thuộc vào điều kiện môi trường, hay chất xúc tác. Do đó, họ đang tìm cách phát triển chất kích hoạt các bào tử dựa vào nước, bởi phần lớn rác thải nhựa cuối cùng đều đổ về sông, hồ và biển. Họ cũng muốn phương pháp mới không chỉ ứng dụng cho PCL mà còn cho các loại nhựa khác, đặc biệt những loại thường được sử dụng để tạo ra sản phẩm nhựa dùng một lần.

MAI QUYÊN (Theo newatlas, American Chemical Society)