新材料：研究發(fā)現(xiàn)不會(huì)產(chǎn)生微塑料的藻基塑料已通過(guò)測(cè)試

　　近年來(lái)，有關(guān)微塑料的討論和研究層出不窮，微塑料是從日常塑料制品中脫落的微小、幾乎不可破壞的碎片。大部分研究都集中在設(shè)計(jì)收集和清除環(huán)境中的微塑料的方法，以防止它們可能導(dǎo)致的健康問(wèn)題。

　　在一項(xiàng)新的研究中，加州大學(xué)圣地亞哥分校(UC San Diego)和材料科學(xué)公司 Algenesis 的研究人員從另一個(gè)角度解決了這一問(wèn)題，他們開(kāi)發(fā)出了一種植物基聚合物，這種聚合物即使被研磨成微塑料，也能在 7 個(gè)月內(nèi)完成生物降解。

　　加州大學(xué)圣迭戈分校化學(xué)與生物化學(xué)教授、Algenesis 公司聯(lián)合創(chuàng)始人、該研究的作者之一 Michael Burkart 說(shuō)："我們剛剛開(kāi)始了解微塑料的影響。我們正試圖為已經(jīng)存在的材料找到替代品，并確保這些替代品在使用壽命結(jié)束后能夠生物降解，而不是在環(huán)境中聚集。這并不容易。"

　　生物降解是微生物將聚合物分解成更簡(jiǎn)單分子的過(guò)程。它要求聚合物含有微生物產(chǎn)生的塑料降解酶可以接觸到的化學(xué)鍵，并且這些微生物可以消耗聚合物分解釋放出的分子。注意：所有塑料都是聚合物，但并非所有聚合物都是塑料。

　　化學(xué)與生物化學(xué)教授、Algenesis 聯(lián)合創(chuàng)始人兼研究報(bào)告作者羅伯特-波默羅伊(Robert Pomeroy)說(shuō)："大約六年前，當(dāng)我們首次創(chuàng)造出這種藻基聚合物時(shí)，我們的初衷一直是希望它能夠完全生物降解。我們有大量數(shù)據(jù)表明，我們的材料正在堆肥中消失，但這是我們第一次在微粒水平上對(duì)其進(jìn)行測(cè)量。"

　　多年前，波默羅伊、伯卡爾特和分子生物學(xué)教授斯蒂芬-梅菲爾德(Stephen Mayfield)的一個(gè)將藻類轉(zhuǎn)化為燃料的項(xiàng)目演變成了開(kāi)發(fā)高性能生物可降解聚氨酯的探索。鑒于塑料來(lái)自石油，而石油來(lái)自藻類，研究人員開(kāi)始直接用藻油制造塑料。由此產(chǎn)生的藻類聚合物被稱為 TPU-FC1，用于制造世界上第一雙可生物降解的鞋子，Pomeroy 甚至寫了一本關(guān)于他的藻基材料的書。

　　在當(dāng)前的研究中，研究人員使用裝有 80 號(hào)砂紙的砂帶機(jī)來(lái)生成包括 TPU-FC1 在內(nèi)的各種材料的微塑料。每種材料都使用了不同的砂帶機(jī)，以防止交叉污染。他們使用不同的方法來(lái)檢測(cè)微生物是否消化了微塑料。

　　首先，在與家庭堆肥相同的條件下，將微塑料放入天然含有微生物的堆肥中。90 天后，堆肥樣本的檢查結(jié)果顯示，TPU-FC1 微顆粒減少了 68%，而 EVA 微顆粒的數(shù)量幾乎沒(méi)有變化。200 天后，TPU-FC1 樣品中的微塑料粒子數(shù)比開(kāi)始時(shí)總體減少了 97%(EVA 粒子數(shù)沒(méi)有變化)。

　　石油基(EVA)和植物基(TPU-FC1)微塑料的粒子計(jì)數(shù)顯示，隨著時(shí)間的推移，EVA 幾乎沒(méi)有生物降解，而 TPU 到 200 天時(shí)已基本消失。圖/SC 圣地亞哥

　　研究人員使用一組相同的微塑料和堆肥樣本來(lái)跟蹤二氧化碳 (CO2) 含量，并使用呼吸計(jì)進(jìn)行測(cè)量。當(dāng)微生物分解堆肥時(shí)，它們會(huì)釋放出二氧化碳?xì)怏w。純纖維素樣品作為內(nèi)部對(duì)照，用于監(jiān)測(cè)背景"二氧化碳演化"，這是堆肥中微生物活性的一種測(cè)量方法。纖維素在 45 天內(nèi)達(dá)到 75% 的二氧化碳進(jìn)化量，表明堆肥具有足夠的活性。與非生物降解材料的預(yù)期結(jié)果一樣，EVA 微顆粒在 200 天的實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有出現(xiàn)二氧化碳進(jìn)化現(xiàn)象。TPU-FC1 微塑料的生物降解效果顯著，在 200 天的時(shí)間點(diǎn)上，二氧化碳進(jìn)化達(dá)到 76%。因此，呼吸測(cè)定法證實(shí)了 TPU-FC1 的生物可降解性，并證明生物降解的結(jié)果之一是將微塑料中的碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳。

　　由于塑料不溶于水，會(huì)漂浮在水面上，很容易被舀出水面，因此研究小組接下來(lái)將微塑料加入水中進(jìn)行測(cè)試。每隔 90 天和 200 天，幾乎 100%的 EVA 微型塑料都被回收，這意味著它們都沒(méi)有發(fā)生生物降解。相比之下，90 天后，只有 32% 的 TPU-FC1 微顆粒被回收，200 天后，只有 3% 的微顆粒被回收，這表明 97% 的微顆粒已經(jīng)生物降解。

　　對(duì)藻類塑料進(jìn)行的化學(xué)分析檢測(cè)到了用于制造塑料的單體，這表明聚合物已被分解為最初的植物材料。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌能夠?qū)?TPU-FC1 用作碳源，并證實(shí)它們能夠?qū)⑵浞纸狻?/p>

　　該研究的另一位作者斯蒂芬-梅菲爾德(Stephen Mayfield)說(shuō)："這種材料是第一種在使用過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生微塑料的塑料。這不僅僅是針對(duì)產(chǎn)品生命周期末端和我們擁擠的垃圾填埋場(chǎng)的可持續(xù)解決方案。這實(shí)際上是一種不會(huì)讓我們生病的塑料。"

　　使用傳統(tǒng)制造設(shè)備制造生物可降解塑料具有挑戰(zhàn)性，但 Algenesis 公司正在取得進(jìn)展。該公司已與特瑞堡(Trelleborg)合作生產(chǎn)涂層織物，并與犀牛盾(RhinoShield)合作生產(chǎn)手機(jī)保護(hù)殼。

　　伯卡特說(shuō)："當(dāng)我們開(kāi)始這項(xiàng)工作時(shí)，有人告訴我們這是不可能的。現(xiàn)在我們看到了不同的現(xiàn)實(shí)。還有很多工作要做，但我們希望給人們帶來(lái)希望。這是可能的。"

　　這項(xiàng)研究發(fā)表在《科學(xué)報(bào)告》雜志上。