Hóa học Rutgers Phát triển Nhựa Tự Hủy có Tuổi thọ Lập trình

Các nhà hóa học tại Đại học Rutgers đã công bố một chiến lược hóa học mới nhằm kiểm soát sự phân hủy của polymer, một nỗ lực nhằm giải quyết vấn đề ô nhiễm nhựa toàn cầu. Giáo sư trợ lý Yuwei Gu, thuộc Khoa Hóa học và Hóa học Sinh học của Rutgers, đã lấy cảm hứng từ sự khác biệt giữa polymer tổng hợp tồn tại vô thời hạn và các phân tử tự nhiên như DNA, vốn có khả năng phân hủy theo quy luật tự nhiên, sau khi chứng kiến rác thải nhựa tại Công viên Tiểu bang Bear Mountain, New York.

Nhóm nghiên cứu đã phát triển phương pháp tiếp cận gọi là 'sự sắp xếp trước về cấu hình' (conformational preorganization), mô phỏng cơ chế tự phân hủy vốn có trong các biomacromolecule. Thay vì thay đổi các liên kết hóa học, chiến lược này tập trung vào việc điều chỉnh sự sắp xếp không gian của các nhóm chức lân cận. Sự sắp xếp chính xác này chuyển đổi cấu hình chuỗi polymer sang các hình học phản ứng hơn, làm cho các liên kết hóa học hiện có dễ bị phá vỡ hơn trong điều kiện môi trường thông thường.

Công trình này, được công bố trên tạp chí Nature Chemistry vào ngày 28 tháng 11 năm 2025, cho phép lập trình tốc độ phân hủy của cả polymer tuyến tính và mạng lưới thermosetting khối lượng lớn qua nhiều bậc độ lớn mà không làm thay đổi bản chất hóa học của liên kết. Điều này cho phép thiết kế vật liệu nhựa có tuổi thọ được lập trình, kéo dài từ vài ngày đến vài năm, phù hợp với thời gian sử dụng dự kiến của vật liệu. Nghiên cứu cũng tích hợp một chức năng chuyển mạch, cho phép kích hoạt quá trình phân hủy bằng các yếu tố bên ngoài như tia cực tím (UV) hoặc sự hiện diện của ion kim loại.

Bối cảnh của nghiên cứu là sự cấp thiết phải giải quyết chất thải nhựa tích tụ. Theo thống kê năm 2025, sản lượng chất thải nhựa toàn cầu dự kiến đạt 460 triệu tấn hàng năm, với khoảng 31.9% bị quản lý kém và xâm nhập vào môi trường. Giáo sư Gu, người tập trung vào lĩnh vực 'bắt chước sinh học đại phân tử', tìm cách tạo ra các hệ thống tổng hợp có thể hoàn thành chức năng và sau đó tự biến mất một cách tự nhiên. Phương pháp này vượt qua sự đánh đổi cố hữu giữa độ bền và khả năng phân hủy mà các phương pháp truyền thống gặp phải, bằng cách thay đổi cấu trúc không gian của các liên kết thay vì bản chất hóa học của chúng.

Các thử nghiệm ban đầu trong phòng thí nghiệm cho thấy chất lỏng tạo ra từ quá trình phân hủy là không độc hại, mặc dù cần nghiên cứu thêm để xác nhận hoàn toàn. Nhóm nghiên cứu hiện đang tìm kiếm các đối tác hợp tác để tiến hành thử nghiệm khả năng tương thích và thương mại hóa công nghệ này như một giải pháp thiết thực cho thách thức về chất thải nhựa.