سند رسمی مهندسی آشوبها از سوی سازمان منافقین منتشر شد
شکست پروژه ارتباطات سایه در اغتشاشات اخیر
یک ترفند ساده شیمیایی برای پایان دادن به عمر پلاستیکها
به گزارش «ساینس دیلی»، دانشمندان با الهام از طبیعت، پلاستیکهایی توسعه دادهاند که در زمان نیاز مقاوم هستند؛ اما پس از آن به صورت برنامهریزیشده تجزیه میشوند. این [استراتژی] شیمیایی امکان میدهد مواد بدون نیاز به گرمای شدید یا مواد شیمیایی، در زمان دلخواه تجزیه شوند. این امر به طور بالقوه شیوه تولید و استفاده از پلاستیکها را متحول میکند.
«یُوِی گو» (Yuwei Gu) در حال قدم زدن در پارک ایالتی «بیر مانتن» (Bear Mountain) در نیویورک بود که با صحنهای غیرمنتظره روبهرو شد. بطریهای پلاستیکی در امتداد مسیر پراکنده بودند و تعداد بیشتری نیز روی دریاچه مجاور شناور بودند. دیدن زبالههای پلاستیکی در چنین محیط طبیعی او را متوقف کرد و ذهن این شیمیدان دانشگاه راتگرز را به چالش کشید.
«گو» شروع به فکر کردن درباره پلیمرها کرد؛ درشتمولکولهای زنجیرهمانند که هم مواد طبیعی و هم پلاستیکهای مدرن از آنها ساخته شدهاند. DNA و RNA پلیمر هستند، همانطور که پروتئینها و سلولز نیز پلیمر محسوب میشوند. تفاوت در این است که پلیمرهای طبیعی در نهایت تجزیه میشوند؛ اما پلاستیکهای مصنوعی اغلب دههها یا حتی بیشتر در محیط باقی میمانند.
«گو»، استادیار گروه شیمی و زیستشیمی در دانشکده علوم و هنرهای دانشگاه راتگرز، میگوید: «طبیعت در همهجا از پلیمرها استفاده میکند؛ مانند پروتئینها، DNA، RNA و سلولز؛ اما هرگز با انباشت بلندمدتی شبیه آنچه ما در مورد پلاستیکهای مصنوعی میبینیم مواجه نمیشود».
او میگوید وقتی در آن جنگل ایستاده بود، علت این تفاوت ناگهان برایش روشن شد که این تفاوت باید در شیمی باشد.
کپیبرداری از راه خروج ذاتی طبیعت
«گو» متوجه شد که اگر پلیمرهای طبیعی میتوانند وظیفه خود را انجام دهند سپس ناپدید شوند، شاید پلاستیکهای ساخت بشر نیز بتوانند همین رفتار را داشته باشند. او از قبل میدانست که پلیمرهای زیستی دارای ویژگیهای [ساختاری]شیمیایی کوچک و ذاتی هستند که به شکسته شدن پیوندهای آنها در زمان مناسب کمک میکند.
او میگوید: «با خودم فکر کردم، اگر این ترفند ساختاری را کپی کنیم چه میشود؟ آیا میتوانیم پلاستیکهای ساخت بشر را وادار کنیم که همان رفتار را داشته باشند؟».
این پرسش به یک دستاورد علمی منجر شد. در مطالعهای که در نشریه Nature Chemistry منتشر شده است، «گو» و همکارانش در دانشگاه راتگرز نشان دادند که استفاده از این رویکرد الهامگرفته از طبیعت، به پلاستیکها اجازه میدهد تحت شرایط عادی تجزیه شوند، بدون آنکه به دمای بسیار بالا یا مواد شیمیایی قوی نیاز باشد.
«گو» گفت: «ما میخواستیم به یکی از بزرگترین چالشهای پلاستیکهای مدرن بپردازیم. هدف ما یافتن یک راهبرد شیمیایی جدید بود که به پلاستیکها اجازه دهد بدون نیاز به فرآیندهای خاص، تحت شرایط عادی به طور طبیعی تجزیه شوند».
پلیمرها و پیوندهای شیمیایی چگونه کار میکنند
پلیمرها از واحدهای تکرارشونده بسیاری تشکیل شدهاند که مانند مهرههایی به وسیله یک نخ به هم متصل شدهاند. پلاستیکها در این دسته قرار میگیرند، همانطور که DNA، RNA و پروتئینها نیز چنین هستند. DNA و RNA از زنجیرههایی از واحدهای کوچکتر به نام نوکلئوتید ساخته شدهاند، در حالی که پروتئینها از اسیدهای آمینه تشکیل میشوند.
آنچه این واحدها را کنار هم نگه میدارد، پیوندهای شیمیایی است که در سطح مولکولی مانند چسب عمل میکنند. در پلیمرها، این پیوندها یک بلوک سازنده را به بلوک بعدی متصل میکنند. پیوندهای قوی به پلاستیکها دوام میبخشند؛ اما همین ویژگی باعث میشود پس از دور ریخته شدن به سختی تجزیه شوند. پژوهش «گو» بر طراحی پیوندهایی متمرکز بود که در طول استفاده قوی باقی بمانند؛ اما بعدا، زمانی که تجزیه مورد نظر است، آسانتر شکسته شوند.
پلاستیکهای برنامهپذیر با نقاط ضعف تعبیه شده
این پژوهش فراتر از صرفا تجزیهپذیر کردن پلاستیکها است؛ این پژوهش آنها را برنامهپذیر میکند.
کشف کلیدی شامل چیدمان دقیق اجزای ساختار شیمیایی پلاستیک بود، بهگونهای که در موقعیتهایی کاملا مشخص قرار بگیرند تا هنگام فعال شدن، فرایند تجزیه آغاز شود. «گو» این ایده را به تا کردن یک تکه کاغذ تشبیه میکند که باعث میشود کاغذ به راحتی در امتداد خط تا پاره شود. با «از قبل تا کردن» موثر ساختار در سطح مولکولی، پلاستیک میتواند هزاران برابر سریعتر از حالت معمول تجزیه شود.
با وجود این آسیبپذیری تعبیهشده، ترکیب شیمیایی کلی پلاستیک تغییری نمیکند. این بدان معناست که ماده تا لحظه فعال شدن تجزیه، همچنان مقاوم و کاربردی باقی میماند.
گو گفت: «مهمتر از همه، ما دریافتیم که آرایش فضایی دقیق این گروههای مجاور، به طور چشمگیری سرعت تجزیه پلیمر را تغییر میدهد. با کنترل جهتگیری و موقعیت آنها، میتوانیم همان پلاستیک را طوری مهندسی کنیم که طی چند روز، چند ماه یا حتی چند سال تجزیه شود».
تطبیق عمر پلاستیک با کاربردهای آن در دنیای واقعی
این سطح از کنترل، امکان طراحی پلاستیکهایی با طول عمر متناسب با کاربردشان را فراهم میکند. بستهبندی مواد غذایی ممکن است تنها به یک روز دوام نیاز داشته باشد، در حالی که قطعات خودرو باید سالها پابرجا بمانند. پژوهشگران نشان دادند که تجزیه میتواند از ابتدا در ساختار ماده تعبیه شود یا بعدا با استفاده از نور فرابنفش یا یونهای فلزی فعال شود.
کاربردهای بالقوه این فناوری بسیار فراتر از کاهش آلودگی پلاستیکی است. «گو» میگوید همین [استراتژی] شیمیایی میتواند به [طراحی] کپسولهای دارورسانی زمانبندیشده یا پوششهایی منجر شود که پس از مدت مشخصی خودبهخود از بین میروند.
او گفت: «این پژوهش نه تنها درها را به روی تولید پلاستیکهای سازگارتر با زیستمحیط باز میکند بلکه جعبه ابزار طراحی مواد پلیمری هوشمند و واکنشپذیر را در حوزههای مختلف به طور چشمگیری گسترش میدهد».
آزمونهای ایمنی و مسیر پیش رو
برای «گو»، چشمانداز بلندمدت ساده است: پلاستیکها باید کار خود را انجام دهند سپس ناپدید شوند.
او میگوید: «راهبرد ما یک روش عملی و مبتنی بر شیمی برای بازطراحی این مواد ارائه میدهد، بهگونهای که در طول استفاده عملکرد مناسبی داشته باشند؛ اما پس از آن به طور طبیعی تجزیه شوند».
آزمایشهای اولیه آزمایشگاهی نشان میدهد مایعی که در اثر تجزیه این پلاستیکها تولید میشود سمی نیست، هرچند «گو» تاکید کرد که برای تایید ایمنی بلندمدت، به آزمایشهای بیشتری نیاز است.
«گو» با نگاهی به گذشته گفت از این مسئله که ایدهای که در جریان یک پیادهروی آرام به ذهنش رسیده بود واقعا جواب داده، شگفتزده شده است.
او گفت: «این فقط یک فکر ساده بود؛ اینکه ساختار طبیعت را کپی کنیم تا به همان هدف برسیم؛ اما دیدن موفقیت آن واقعا شگفتانگیز بود».
گسترش پژوهش
«گو» و تیمش اکنون در حال گسترش این پژوهش هستند. آنها به دقت بررسی میکنند که آیا قطعات کوچک باقیمانده پس از تجزیه پلاستیکها میتوانند خطری برای موجودات زنده یا اکوسیستمها ایجاد کنند یا نه، تا ایمنی کل چرخه عمر این مواد تضمین شود.
آنها همچنین در حال بررسی این موضوع هستند که چگونه میتوان این رویکرد شیمیایی را در مورد پلاستیکهای متداول به کار برد و آن را در فرایندهای تولید موجود ادغام کرد. همزمان، آزمایشهایی نیز در حال انجام است تا مشخص شود آیا این روش میتواند برای ساخت کپسولهایی به کار رود که دارو را در زمانهایی کاملا کنترلشده آزاد میکنند یا نه.
اگرچه چالشهای فنی همچنان وجود دارد، «گو» معتقد است که توسعه مستمر، همراه با همکاری تولیدکنندگان پلاستیک که بر پایداری تمرکز دارند، میتواند این استراتژی شیمیایی را به محصولات روزمره وارد کند.
انتهای پیام/
