Karakterisering av bakteriell nanocellulosa odlad på polyetylentereftalat (PET)-monomerer via Raman- och Fouriertransforminfraröd spektroskopi

Förvandla plastavfall till användbara fibrer

Plastflaskor och livsmedelsförpackningar av PET finns överallt, och mikroskopiska fragment av denna plast hittas nu i hav, jordar och till och med i våra kroppar. Den här studien undersöker ett kreativt sätt att ta itu med problemet: att använda bakterier för att omvandla PET:s byggstenar till ultrafina, biologiskt nedbrytbara cellulosa­fibrer. Dessa fibrer, kallade bakteriell nanocellulosa, kan bilda starka, flexibla membran som en dag kan ersätta vissa plastprodukter inom förpackningar, medicin och andra vardagsanvändningar.

Från växter till små bakteriefabriker

Cellulosa är huvudstrukturellt material i växter och används redan i papper, textilier och många industriprodukter. Men skörd av cellulosan innebär ofta avverkning av skogar eller storskalig monokultur. Vissa bakterier, inklusive arten Komagataeibacter sucrofermentans, kan istället spinna cellulosa direkt från socker under jäsning och bygga ett nätverk av nanofibrer tunnare än hundra nanometer. Denna bakteriella nanocellulosa har tilltalande egenskaper: den är ren (fri från växtgeler och lignin), absorberar vatten väl och kan formas till släta membran som lämpar sig för livsmedelsförpackningar eller sårförband.

Fodra bakterier med plastens byggstenar

Forskarna undrade om dessa bakterier kunde använda PET:s byggstenar—etylen­glykol (EG) och disodiumtereftalat (TPA)—istället för att bara förlita sig på konventionellt socker (glukos). De odlade K. sucrofermentans i tre vätskor som var identiska utom vad gäller kolkällan: en innehöll glukos, en EG och en TPA. Efter tre veckor samlade och torkade de cellulosa­pelliclarna som flöt vid vätskans yta och vägde dem. Överraskande nog gav EG den högsta avkastningen, med mer nanocellulosa per liter än glukos, medan TPA gav en lägre avkastning. Detta visar att åtminstone en del av kolet i PET-monomerer kan omdirigeras till ett användbart, biologiskt nedbrytbart material.

Hur fibrerna ser ut och hur ordnade de är

För att se vilken typ av material som bildats avbildade teamet membranen med svepelektronmikroskop. Glukosmata bakterier producerade en tät, jämn matta av fina fibrer med regelbundna porer—ett tecken på välordnad tillväxt. EG och TPA gav lösare, mer oregelbundna nätverk, där TPA gav den mest öppna och ojämna strukturen, mer lik en komposit än en ren, homogen film. Röntgendiffraktion mätningar bekräftade detta visuella intryck: cellulosa­fibrer från glukos visade hög kristallinitet (tät packning) som vanligen förknippas med stark, välordnad cellulosa, medan EG-beredda fibrer var något mindre ordnade och TPA-beredda fibrer var mycket mer oordnade.

Lyssna på molekyler med ljus

Forskarna använde sedan två ljusbaserade tekniker—Raman- och infraröd spektroskopi—för att ”lyssna” på molekylernas vibrationer i membranen. Dessa metoder fungerar som fingeravtryck och avslöjar vilka bindningar som finns och hur prydligt kedjorna är ordnade. Alla tre prover visade karakteristiska signaler för cellulosa, vilket bevisar att bakterierna byggde den förväntade polymeren från varje kolkälla. Men det fanns viktiga skillnader: EG- och TPA-proverna visade starkare tecken på oordnade, amorfa regioner, medan glukosbaserad nanocellulosa visade tydligare tecken på ordnade kristallina zoner. I det TPA-matade materialet matchade extra spektrala band tereftalatgrupper, vilket betyder att vissa PET-relaterade fragment fanns kvar inneslutna i membranet och inte helt omvandlats.

Vad detta betyder för renare material

I vardagstermer visar studien att vissa bakterier kan ”äta” delar av PET:s molekylära rester och omforma dem till cellulosa­ark, även om arkenes kvalitet starkt beror på råvaran. Glukos ger fortfarande de renaste och mest ordnade fibrerna, men EG kan särskilt öka mängden producerat material, och TPA kan åtminstone delvis omvandlas medan det blir inbäddat i en cellulosarik film. Metoden får inte PET att försvinna helt—vissa plastliknande fragment återstår och behöver tas bort—men den markerar en lovande väg mot ”bio‑uppcykling”, där beständiga plaster förvandlas till mer ofarliga material. Med vidare optimering av processen och reningssteg skulle bakteriell nanocellulosa odlad på PET-monomerer kunna bli del av ett cirkulärt system som både hanterar plastavfall och levererar hållbara, högpresterande membran.

Citering: Eriksson, R., Mariam, I., Ramser, K. et al. Characterization of bacterial nanocellulose cultivated on polyethylene terephthalate (PET) monomers via raman and fourier transform infrared spectroscopy. Sci Rep 16, 13133 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-46886-z

Nyckelord: bakteriell nanocellulosa, PET-uppcykling, plastförorening, biologiskt nedbrytbara material, Raman- och FTIR-analys