Nhà máy nhựa vi sinh cho nhựa than thiện với môi trường chất lượng cao

Vi khuẩn biến đổi gen có thể tạo ra loại nhựa được biến đổi mới có nguồn gốc tái tạo dễ xử lý hơn, chống gãy tốt hơn và có khả năng phân hủy sinh học cao ngay cả trong nước biển. Đây là một sáng kiến của Đại học Kobe cung cấp nền tảng cho việc sản xuất nhựa quy mô công nghiệp, có tiềm năng lớn để biến ngành nhựa an toàn cho môi trường.
 
Nhựa là một dấu ấn của nền văn minh của chúng ta. Nó là một nhóm vật liệu có khả năng định hình cao, linh hoạt và bền, hầu hết chúng đều có tính bền vững trong tự nhiên và do đó là một nguồn gây ô nhiễm đáng kể. Hơn nữa, nhiều loại nhựa được sản xuất từ ​​dầu thô, một nguồn tài nguyên không thể tái tạo. Các kỹ sư và nhà nghiên cứu trên toàn thế giới đang tìm kiếm các giải pháp thay thế, nhưng chưa tìm thấy giải pháp nào có những ưu điểm tương tự như nhựa hiện tại trong khi tránh được các vấn đề gây ô nhiễm của chúng. Một trong những lựa chọn thay thế hứa hẹn nhất là axit polylactic, có thể được sản xuất từ ​​thực vật, nhưng nó giòn và khó phân hủy.
 
Để khắc phục những khó khăn này, các kỹ sư sinh học của Đại học Kobe kết hợp với công ty TAGUCHI Seiichi, thuộc tập đoàn Kaneka để cùng với công ty sản xuất polymer phân hủy sinh học. Họ đã quyết định trộn đều axit polylactic với một loại nhựa sinh học khác, gọi là LAHB, có nhiều đặc tính mong muốn, nhưng trên hết là nó có khả năng phân hủy sinh học. Tuy nhiên, để tạo ra LAHB, họ cần thiết kế một chủng vi khuẩn có khả năng tạo ra tiền chất một cách tự nhiên, bằng cách biến đổi bộ gen của sinh vật thông qua việc bổ sung các gen mới và loại bỏ các gen can thiệp.
 

Hình 1. Quá trình kết hợp giữa axit polylactic (PLA) và LAHB từ vi khuẩn Cupriavidus necator
 

Trên tạp chí khoa học Hóa học và Kỹ thuật bền vững ACS, họ báo cáo rằng họ có thể tạo ra một nhà máy nhựa vi khuẩn sản xuất chuỗi LAHB với số lượng lớn, chỉ sử dụng glucose làm nguyên liệu thô. Ngoài ra, họ cũng cho thấy rằng bằng cách sửa đổi bộ gen, họ có thể kiểm soát độ dài của chuỗi LAHB và do đó kiểm soát các đặc tính của nhựa thu được. Do đó, họ có thể tạo ra chuỗi LAHB dài hơn tới 10 lần so với các phương pháp thông thường mà họ gọi là "LAHB trọng lượng phân tử cực cao (uhwm)" (hình 1).
 
Quan trọng nhất, bằng cách thêm LAHB có chiều dài chưa từng có này vào axit polylactic, họ có thể tạo ra một loại vật liệu có tất cả các đặc tính mà các nhà nghiên cứu đã hướng tới. Loại nhựa có độ trong suốt cao này có khả năng tạo khuôn và chống sốc tốt hơn nhiều so với axit polylactic nguyên chất, đồng thời phân hủy sinh học trong nước biển trong vòng một tuần. Nhà khoa học Taguchi nhận xét về thành tựu này, nói rằng "Bằng cách trộn axit polylactic với LAHB, nhiều vấn đề của axit polylactic có thể được khắc phục chỉ trong một lần, và vật liệu được biến đổi như vậy dự kiến ​​sẽ trở thành một loại nhựa sinh học bền vững với môi trường, đáp ứng các nhu cầu mâu thuẫn về độ bền vật lý và khả năng phân hủy sinh học."
 
Tuy nhiên, các kỹ sư sinh học của Đại học Kobe lại mơ ước lớn hơn. Dòng vi khuẩn họ sử dụng trong công trình này về nguyên tắc có thể sử dụng CO₂ làm nguyên liệu thô. Do đó, có thể tổng hợp nhựa hữu ích trực tiếp từ khí nhà kính. Nhà khoa học Taguchi cũng giải thích thêm: “Thông qua sức mạnh tổng hợp của nhiều dự án, chúng tôi mong muốn hiện thực hóa công nghệ sản xuất sinh học liên kết hiệu quả giữa sản xuất vi sinh vật và phát triển vật liệu”.
 
Nghiên cứu này được ủy quyền bởi Tổ chức Phát triển Công nghệ Công nghiệp và Năng lượng Mới Nhật Bản (cấp JPNP20005) và được tài trợ bởi Bộ Giáo dục, Văn hóa, Thể thao, Khoa học và Công nghệ Nhật Bản (cấp 19K22069) và Cơ quan Khoa học và Công nghệ Nhật Bản (cấp JPMJTM19YC). Nó được thực hiện với sự hợp tác của các nhà nghiên cứu từ Tập đoàn Kaneka và Viện Khoa học và Công nghệ Công nghiệp Tiên tiến Quốc gia.

Nguồn: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/04/240409205601.htm