Rutgers-Wetenschappers Ontwikkelen Zelfafbrekende Kunststoffen Via Structurele Manipulatie

Wetenschappers van Rutgers hebben een nieuwe chemische methode ontwikkeld die een potentieel keerpunt vormt in de aanpak van plasticvervuiling. Deze benadering richt zich op het creëren van synthetische polymeren die op een geprogrammeerde wijze zelf kunnen afbreken. De inspiratie voor dit onderzoek kwam voort uit de observatie van het fundamentele verschil in duurzaamheid tussen synthetische polymeren en natuurlijke, langketenige moleculen zoals DNA en RNA, die van nature ontbinden.

De onderzoeksgroep onder leiding van Yuwei Gu, assistent-professor aan Rutgers sinds 2023, heeft een strategie geformuleerd die zij 'conformational preorganization' noemen. Deze techniek manipuleert de driedimensionale ruimtelijke ordening van atomen nabij de chemische bindingen, in plaats van nieuwe, gemakkelijk te breken bindingen te introduceren. Door deze herschikking worden de bestaande bindingen kwetsbaarder voor afbraak onder alledaagse omstandigheden, een mechanisme dat het 'naburige groepseffect' nabootst dat biologische systemen gebruiken voor moleculaire ontleding.

De bevindingen, gepubliceerd in het tijdschrift Nature Chemistry op 28 november 2025, tonen aan dat de onderzoekers de afbraaksnelheid van het materiaal konden afstemmen op de beoogde levensduur, variërend van enkele dagen tot jaren. Een cruciaal ontwerpelement is de integratie van een schakelaarfunctie, waardoor de ontbinding specifiek kan worden geactiveerd door externe stimuli zoals ultraviolet licht of de aanwezigheid van metaalionen. Vroege laboratoriumtesten suggereren dat het vloeibare residu na de afbraak niet-toxisch is, een aspect dat verder onderzoek vereist.

Deze benadering lost een langdurig conflict in de materiaalkunde op tussen de vereiste robuuste stabiliteit voor gebruik en de wens voor afbreekbaarheid na gebruik. Door de afbraakkineiek uitsluitend via ruimtelijke rangschikking te moduleren, behouden de materialen de sterke mechanische en thermische eigenschappen die men van commerciële polymeren verwacht. Dit staat in contrast met traditionele biologische afbraak, waarbij micro-organismen chemische structuren van polymeren zoals PET, PS, PE, PVC en PP moeten oxideren onder specifieke omgevingsfactoren.

Yuwei Gu, wiens werk zich richt op macromoleculaire biomimetica, streeft ernaar materialen te ontwerpen die hun functie vervullen en vervolgens op natuurlijke wijze verdwijnen. De groep aan de Rutgers University-New Brunswick zoekt nu actief naar samenwerkingsverbanden voor de commercialisering van deze technologie en voor verdere compatibiliteitstests met bestaande productieprocessen. Deze ontwikkeling markeert een verschuiving waarbij de toekomst van duurzame polymeren ligt in de nauwkeurig gechoreografeerde ruimtelijke rangschikking van atomen.