Nhiều sản phẩm nhựa được thiết kế để chỉ sử dụng một lần, thế nhưng bản thân vật liệu này lại tồn tại trong nhiều năm mới phân hủy. Hiện nay, một chiến lược mới đang giải quyết vấn đề này bằng cách tạo ra các sản phẩm có khả năng tự phân hủy theo lệnh, được gọi là vật liệu nhựa “sống" (living plastics). Các vật liệu này được tích hợp các vi sinh vật có thể kích hoạt, có khả năng phân giải nhựa cùng với các polymer. Một nhóm nghiên cứu báo cáo trên tạp chí ACS Applied Polymer Materials đã sử dụng hai chủng vi khuẩn hoạt động phối hợp, giúp phân hủy hoàn toàn vật liệu chỉ trong sáu ngày mà không hề tạo ra vi nhựa.

Một loại nhựa vi sinh chứa cặp enzyme phối hợp phân giải nhựa đã phân hủy vật liệu này hoàn toàn trong vòng sáu ngày. Nguồn: Phỏng theo ACS Applied Polymer Materials 2026, DOI: 10.1021/acsapm.5c04611

Tại sao các nhà khoa học đang tư duy lại về nhựa?

Zhuojun Dai, tác giả liên hệ của bài báo, giải thích rằng: "Việc nhận ra nhựa truyền thống tồn tại qua nhiều thế kỷ, trong khi nhiều ứng dụng của chúng, chẳng hạn như bao bì, lại có tuổi thọ rất ngắn, đã khiến chúng tôi đặt câu hỏi: Liệu chúng ta có thể tích hợp quá trình phân hủy trực tiếp vào vòng đời của vật liệu hay không?"

Nhiều vi sinh vật có thể bẻ gãy các chuỗi polymer dài thành những mảnh nhỏ hơn bằng cách sử dụng enzyme. Vì nhựa chính là các polymer, nên các enzyme này - hoặc các vi sinh vật tạo ra chúng - có thể được cấy ghép vào bên trong nhựa sống.

"Bằng cách cấy ghép các vi sinh vật này, nhựa có thể thực sự 'sống lại' và tự phân hủy theo lệnh, biến sự bền bỉ của chúng từ một vấn đề trở thành một tính năng có thể lập trình được", Dai giải thích.

Hệ thống vật liệu nhựa “sống” hoạt động như thế nào?

Trong khi các nỗ lực trước đây chủ yếu dựa vào một loại enzyme duy nhất, Dai, Jin Geng, Dianpeng Qi và các cộng sự muốn cải thiện hiệu quả phân hủy. Vì vậy, họ đã thiết kế gen vi khuẩn Bacillus subtilis để chúng sản sinh ra hai loại enzyme phân giải polymer có tính phối hợp. Một loại enzyme đóng vai trò như một cỗ máy băm ngẫu nhiên, cắt các chuỗi polymer dài thành các mảnh nhỏ hơn, trong khi enzyme còn lại từ từ "nhai" các mảnh này từ hai đầu để biến chúng trở về dạng các đơn phân (monomer) cấu trúc cốt lõi.

Nhóm nghiên cứu đã trộn dạng bào tử ngủ đông của B. subtilis với polycaprolactone (một loại polymer phổ biến trong in 3D và một số loại chỉ khâu phẫu thuật) để bảo vệ các vi sinh vật trước khi cần sử dụng đến chúng. Loại nhựa sống thu được có các đặc tính cơ học tương tự như các màng polycaprolactone thông thường. Tuy nhiên, khi được đưa vào một môi trường nước dùng dinh dưỡng ở nhiệt độ 122 độ F (50 độ C), các bào tử sẽ được kích hoạt, phá vỡ hoàn toàn cấu trúc nhựa trở về các khối xây dựng cơ bản chỉ sau sáu ngày. Sự phối hợp giữa các enzyme hiệu quả đến mức nó thậm chí còn ngăn chặn quá trình hình thành các hạt vi nhựa trong lúc phân hủy.

Thử nghiệm trong thế giới thực và những bước tiếp theo

Để minh chứng khái niệm (proof-of-concept), các nhà nghiên cứu đã tạo ra một điện cực nhựa có thể đeo trên người từ loại nhựa sống của họ và nhận thấy nó hoạt động đúng như kỳ vọng, phân hủy hoàn toàn trong vòng hai tuần.

Trong các nghiên cứu tương lai, các nhà khoa học hy vọng sẽ phát triển được một cơ chế kích hoạt các bào tử này ngay trong môi trường nước, nơi phần lớn rác thải nhựa đang tích tụ. Và mặc dù công trình này mới chỉ tập trung vào một loại polymer, một chiến lược tương tự có thể được ứng dụng cho các loại nhựa khác, bao gồm cả những loại thường thấy trong rác thải nhựa dùng một lần.

P.T.T (NASTIS), theo https://phys.org/news