Химики Ратгерса разработали пластик с программируемым сроком службы по образцу природных полимеров

Профессор химии Юйвэй Гу из Университета Ратгерс разработал новую химическую стратегию, вдохновленную природой, для противодействия загрязнению пластиком. Идея возникла у него во время посещения Государственного парка Бир-Маунтин, штат Нью-Йорк, когда он обратил внимание на разбросанные пластиковые отходы. Это зрелище побудило его задуматься о фундаментальном различии: почему синтетические полимеры, такие как пластик, сохраняются в окружающей среде неограниченно долго, в то время как природные длинноцепочечные молекулы, например, ДНК и РНК, подвергаются естественному распаду.

Профессор Гу, ассистент профессора в Ратгерсе с 2023 года, специализируется на макромолекулярной биомимикрии. Его команда в Лаборатории Гу в Ратгерс-Нью-Брансуик, штат Нью-Джерси, применила подход, названный «конформационная преорганизация», для создания пластмасс, способных к запрограммированному саморазрушению. Эта методика имитирует механизмы распада, присущие биомакромолекулам, путем введения вспомогательных групп, которые облегчают разрыв химических связей в нужный момент. Стратегия фокусируется на изменении пространственного расположения уже существующих связей, делая их уязвимыми для распада в обычных условиях, что исключает необходимость использования агрессивных химикатов или высоких температур.

Исследование, опубликованное в журнале Nature Chemistry 28 ноября 2025 года, продемонстрировало возможность инженерии пластмасс с расчетным сроком службы, варьирующимся от нескольких дней до многих лет. Ключевым элементом инновации является смещение конформационного ансамбля — диапазона молекулярных геометрий, которые может принимать полимерная цепь — в сторону реактивных состояний. Команда Гу разработала искусственные химические структуры, имитирующие природные «соседние группы», которые способствуют деконструкции за счет внутренних реакций, таких как нуклеофильные атаки, разрывающие связи в полимерной цепи.

Исследователи также внедрили переключающую функцию, позволяющую инициировать разложение под воздействием ультрафиолетового света или ионов металлов, обеспечивая дополнительный уровень контроля над процессом. Ранние лабораторные испытания показали, что конечный жидкий продукт распада является нетоксичным, хотя для полного подтверждения этого аспекта требуются дальнейшие исследования. В отличие от традиционных подходов, этот метод позволяет сохранять физические свойства полимеров, поскольку химическая структура самой связи не меняется.

Конечная цель команды состоит в том, чтобы материалы выполняли свою функцию, а затем естественным образом исчезали. В настоящее время исследователи активно ищут партнеров для коммерциализации и тестирования совместимости новой технологии с существующими производственными процессами.