미국화학회(American Chemical Society)가 최근 발표한 연구에 따르면, 과학 연구팀이 미리 설정된 조건이 촉발된 후 스스로 분해될 수 있고, 미세플라스틱 잔류물을 생성하지 않고 6일 이내에 기본 화학 단위로 완전히 분해될 수 있는 '살아있는 플라스틱'을 개발하는 데 성공했습니다. 연구원들은 이 디자인이 일회용 플라스틱 제품의 대규모 사용과 환경에 장기간 보존되는 문제를 해결하기 위해 재료 수명주기 수준에서 '자기 파괴 메커니즘'을 내장하려는 의도라고 말했습니다.
이 연구는 ACS Applied Polymer Materials에 게재되었으며 Dai Zhuojun과 같은 연구원이 주도했습니다. Dai Zhuojun은 전통적인 플라스틱이 수세기 동안 환경에 존재할 수 있지만 많은 응용 시나리오(예: 포장)는 단기적인 사용만 필요하다고 지적했습니다. "이것은 우리에게 다음과 같은 생각을 하게 합니다. 제어 가능한 열화 기능이 재료의 수명 과정에 직접 이식될 수 있습니까?"
이 팀은 소위 "살아있는 플라스틱"에 중점을 두고 있습니다. 특정 기능을 가진 미생물이나 효소를 플라스틱 재료에 직접 이식하여 필요할 때 재료가 "깨어나고" 분해 과정을 시작할 수 있도록 하는 것입니다. 일부 미생물은 긴 고분자 사슬을 작은 조각으로 자르는 효소를 생산할 수 있으며, 플라스틱 자체가 고분자이기 때문에 연구진은 이러한 미생물이나 효소를 물질에 도입함으로써 '물질 내에서 완전한 분해'를 구상하고 있다.
플라스틱을 분해하기 위해 단일 효소에 의존했던 이전 접근 방식과 달리, 연구팀은 합성 생물학 방법을 사용하여 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis)를 조작하여 두 가지 시너지 효과가 있는 고분자 분해 효소를 지속적으로 생산할 수 있도록 했습니다. 하나의 효소는 긴 폴리머 사슬을 따라 무작위로 절단하여 더 작은 조각으로 나누고, 다른 효소는 모노머 빌딩 블록으로 완전히 분해될 때까지 이러한 조각의 끝에서 계속 절단합니다.
재료 준비 과정에서 연구원들은 휴면 Bacillus subtilis 포자를 3D 프린팅 및 일부 수술용 봉합사에서 흔히 발견되는 폴리머인 폴리카프로락톤(PCL)과 혼합했습니다. 생성된 "살아있는 플라스틱"은 일반 폴리카프로락톤 필름과 유사한 기계적 특성을 가지며 특정 구조 및 사용 요구 사항을 충족합니다. 동시에 내부에는 활성화할 수 있는 성능 저하 시스템이 숨겨져 있습니다.
실험에서 연구진은 물질에 영양배지를 넣고 섭씨 50도 정도까지 가열하자 원래 휴면 상태였던 포자가 활성화돼 앞서 언급한 두 가지 효소를 생산하기 시작했다. 이 조건에서 플라스틱은 검출 가능한 미세 플라스틱 입자를 생성하지 않고 6일 이내에 기본 구성 요소로 완전히 분해되었으며, 이는 분해 경로와 최종 산물을 제어하는 협업 효소 시스템의 장점을 입증했습니다.
또한 팀은 "살아있는 플라스틱"의 초기 적용 시나리오에 대한 시연 샘플로 착용 가능한 플라스틱 전극을 생산했습니다. 이 전극은 사용기간 동안 정상적으로 작동하다가 실험에 의해 열화가 발생한 후 2주 이내에 완전히 분해되어 사용기간이 끝나면 자동으로 사라지는 전자소자 개발의 가능성을 제시하였다.
연구진은 다음으로 포자가 수역에서 활성화될 수 있도록 유발 조건을 수역 환경으로 확장할 계획입니다. 이는 대량의 플라스틱 오염물질이 결국 강, 호수, 바다로 유입되는 현실을 겨냥한 것이다. 이 연구는 단일 중합체인 폴리카프로락톤에 초점을 맞추었지만, 저자는 동일한 아이디어가 다른 유형의 플라스틱, 특히 일회용 제품에 널리 사용되는 플라스틱에 잠재적으로 일반화될 수 있다고 지적합니다.
이 연구는 중국의 국가 핵심 연구 개발 프로그램, 선전 의학 연구 기금, 국립 자연 과학 재단, 광동성 우수 청소년 기금 및 선전 과학 기술 계획의 자금 지원을 받았습니다. 관련 논문은 '공학 미생물 컨소시엄에 의해 프로그래밍된 분해성 살아있는 플라스틱'이라는 제목으로 2026년 4월 9일 온라인에 게재됐다.