新材料：研究發現不會產生微塑料的藻基塑料已通過測試

　　近年來，有關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計收集和清除環境中的微塑料的方法，以防止它們可能導致的健康問題。

　　在一項新的研究中，加州大學圣地亞哥分校(UC San Diego)和材料科學公司 Algenesis 的研究人員從另一個角度解決了這一問題，他們開發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 個月內完成生物降解。

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

　　生物降解是微生物將聚合物分解成更簡單分子的過程。它要求聚合物含有微生物產生的塑料降解酶可以接觸到的化學鍵，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。

　　化學與生物化學教授、Algenesis 聯合創始人兼研究報告作者羅伯特-波默羅伊(Robert Pomeroy)說："大約六年前，當我們首次創造出這種藻基聚合物時，我們的初衷一直是希望它能夠完全生物降解。我們有大量數據表明，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其進行測量。"

　　多年前，波默羅伊、伯卡爾特和分子生物學教授斯蒂芬-梅菲爾德(Stephen Mayfield)的一個將藻類轉化為燃料的項目演變成了開發高性能生物可降解聚氨酯的探索。鑒于塑料來自石油，而石油來自藻類，研究人員開始直接用藻油制造塑料。由此產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 甚至寫了一本關于他的藻基材料的書。

　　在當前的研究中，研究人員使用裝有 80 號砂紙的砂帶機來生成包括 TPU-FC1 在內的各種材料的微塑料。每種材料都使用了不同的砂帶機，以防止交叉污染。他們使用不同的方法來檢測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，堆肥樣本的檢查結果顯示，TPU-FC1 微顆粒減少了 68%，而 EVA 微顆粒的數量幾乎沒有變化。200 天后，TPU-FC1 樣品中的微塑料粒子數比開始時總體減少了 97%(EVA 粒子數沒有變化)。

　　石油基(EVA)和植物基(TPU-FC1)微塑料的粒子計數顯示，隨著時間的推移，EVA 幾乎沒有生物降解，而 TPU 到 200 天時已基本消失。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跟蹤二氧化碳 (CO2) 含量，并使用呼吸計進行測量。當微生物分解堆肥時，它們會釋放出二氧化碳氣體。純纖維素樣品作為內部對照，用于監測背景"二氧化碳演化"，這是堆肥中微生物活性的一種測量方法。纖維素在 45 天內達到 75% 的二氧化碳進化量，表明堆肥具有足夠的活性。與非生物降解材料的預期結果一樣，EVA 微顆粒在 200 天的實驗中沒有出現二氧化碳進化現象。TPU-FC1 微塑料的生物降解效果顯著，在 200 天的時間點上，二氧化碳進化達到 76%。因此，呼吸測定法證實了 TPU-FC1 的生物可降解性，并證明生物降解的結果之一是將微塑料中的碳轉化為二氧化碳。

　　由于塑料不溶于水，會漂浮在水面上，很容易被舀出水面，因此研究小組接下來將微塑料加入水中進行測試。每隔 90 天和 200 天，幾乎 100%的 EVA 微型塑料都被回收，這意味著它們都沒有發生生物降解。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% 的微顆粒已經生物降解。

　　對藻類塑料進行的化學分析檢測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。進一步分析發現，細菌能夠將 TPU-FC1 用作碳源，并證實它們能夠將其分解。

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

　　使用傳統制造設備制造生物可降解塑料具有挑戰性，但 Algenesis 公司正在取得進展。該公司已與特瑞堡(Trelleborg)合作生產涂層織物，并與犀牛盾(RhinoShield)合作生產手機保護殼。

　　伯卡特說："當我們開始這項工作時，有人告訴我們這是不可能的。現在我們看到了不同的現實。還有很多工作要做，但我們希望給人們帶來希望。這是可能的。"

　　這項研究發表在《科學報告》雜志上。