Хіміки Ратгерса Створили Пластики, Що Самознищуються, Імітуючи Природні Полімери

Професор хімії Ратгерського університету Ювей Гу розробив нову стратегію для протидії забрудненню пластиком, натхненням для якої послужило спостереження за викинутими пляшками під час прогулянки у Державному парку Бір-Маунтін, штат Нью-Йорк. Це спостереження висвітлило фундаментальну відмінність: синтетичні полімери зберігаються нескінченно, тоді як природні довгі молекули, такі як ДНК та РНК, природно розпадаються. Гу, який приєднався до Ратгерса у 2023 році як асистент професора кафедри хімії та хімічної біології Школи мистецтв і наук, зосереджує свої дослідження на макромолекулярній біомімікрії для створення систем, здатних до природного зникнення після виконання свого призначення, що є прямим викликом проблемі накопичення відходів, яка загострилася з 1970-х років.

Команда Гу розробила хімічний підхід, відомий як «конформаційна попередньоорганізація», який імітує природні полімери шляхом інтеграції допоміжних груп, що полегшують розрив хімічних зв’язків у потрібний момент. Ця методологія не створює нових зв’язків, а змінює просторове розташування вже існуючих, роблячи їх вразливими до розкладання за звичайних умов, без потреби у жорстких хімічних речовинах чи нагріванні. Це дозволяє зберегти механічну міцність, притаманну комерційним полімерам, до моменту активації розпаду, долаючи давній компроміс між стабільністю та деградацією.

У дослідженні, опублікованому у виданні Nature Chemistry 28 листопада 2025 року, дослідники продемонстрували здатність програмувати пластики на деградацію протягом днів, місяців або років, точно узгоджуючи термін служби матеріалу з його функціональним призначенням. Контроль над орієнтацією та позиціонуванням сусідніх груп дозволяє інженерно встановлювати швидкість розпаду, що є критично важливим для застосувань, як-от одноразова упаковка, яка має розпастися за години, або автомобільні компоненти, розраховані на роки служби. Крім того, команда інтегрувала функцію перемикача, що дозволяє ініціювати розкладання за допомогою ультрафіолетового світла або іонів металу, забезпечуючи додатковий рівень контролю.

Ранні лабораторні випробування вказують на те, що рідкий залишок після процесу розпаду є нетоксичним, хоча повне підтвердження цієї властивості вимагає подальших досліджень. Потенційно, цей залишок може бути використаний у виробництві розумних капсул для вивільнення ліків або тимчасових медичних пов'язок. Цей підхід, що базується на принципі «конформаційної попередньоорганізації сусідніх груп», прискорює розпад через внутрішній ефект близькості, коли нуклеофільні групи розташовуються оптимально для атаки на лабільні зв’язки, імітуючи біологічні механізми. Команда Ратгерса прагне застосувати цей уніфікований погляд на молекули для вирішення проблем сталого розвитку та автономних матеріалів, активно шукаючи співпраці для комерціалізації технології та проведення випробувань на сумісність із промисловими процесами. У 2022 році понад чверть мільярда тонн пластику було викинуто у світі, з яких лише 14 відсотків перероблено, що підкреслює нагальну потребу в таких розробках.