《自然》重磅献礼:科学家造出了能在几天里完全降解的塑料

2021年04月22日 16:46 次阅读 稿源:学术经纬 条评论

每年的4月22日是“世界地球日”。在这个呼吁保护环境的特殊日子里,《自然》杂志在线发表一篇应景的重磅文章。由加州大学伯克利分校Ting Xu教授领衔的一支科研团队开发出了一种全新的可降解塑料,不用特殊条件,就能在几天内完全降解。

一类新型塑料可在40摄氏度的环境下,于36小时后降解为小分子(图片来源:参考资料[2];Photos by Christopher DelRe;Courtesy University of California, Berkeley)

一类新型塑料可在40摄氏度的环境下,于36小时后降解为小分子(图片来源:参考资料[2];Photos by Christopher DelRe;Courtesy University of California, Berkeley)

塑料制品以耐用著称,而这也为环保带来了挑战——在丢弃之后,塑料往往不会被降解,只能被填埋。虽然有一些塑料号称可被“生物降解”,但它们的降解过程并不彻底,最终难逃和普通塑料一样的填埋命运。更糟糕的是,不彻底降解所产生的塑料微颗粒,不仅会威胁到海洋生物的生存,更会通过食物链,慢慢出现在人体之中,给健康带来隐患。

为了制造出真正可降解,不留隐患的塑料,研究团队决定使用能降解塑料的酶。“在野外,大自然会使用酶来降解事物。就算我们死亡后,体内的酶也会自然地降解我们的身体。在这项研究中,我们问自己,酶能不能降解塑料,让它成为自然的一部分?”Ting Xu教授说道。

本研究的通讯作者Ting Xu教授(图片来源:Ting Xu教授实验室官方网站)

本研究的通讯作者Ting Xu教授(图片来源:Ting Xu教授实验室官方网站)

而为了能够快速降解塑料,研究人员们还有着一个大胆的设想——如果酶只能接触到塑料的表面,那就只能一层一层降解塑料,速度非常慢。他们想要做的,是让酶在塑料中“无处不在”。只要每个酶能降解周围一小部分的塑料,充斥于塑料各处的酶,就能很快将整块材料降解殆尽。

想起来容易做起来难。最耐久的塑料,有着近乎晶体般的分子结构,连水分子都无法渗透,何况是酶呢?为了解决这个问题,研究人员们决定直接将能降解塑料的酶作为原料,添加到塑料生产的过程中。这也是Ting Xu教授的课题组多年来一直致力的研究方向。

本研究的设计思路(Graphic by Christopher DelRe;Courtesy University of California, Berkeley)

本研究的设计思路(Graphic by Christopher DelRe;Courtesy University of California, Berkeley)

可是酶并不是非常稳定的分子。在细胞之外,酶很容易降解或失去功能。研究人员们开发了一种叫做随机杂聚物(random heteropolymers)的分子,能像包装纸一样,轻柔地将酶包裹在其中。利用类似的技术,本研究中,科学家们将数十亿个被包裹起来的酶,与塑料树脂珠进行混合,用于后续的塑料生产。从过程上看,这有点像在塑料生产过程中加入色素,并不改变塑料本身的特性。

但在混入了这些能降解塑料的酶,并确保它们具有功能性之后,奇迹就发生了。只要加上水和热量,这些酶就会发挥功效,降解塑料。研究指出,在室温环境下,只要约一周的时间,80%的聚乳酸塑料可以被完全降解,变成乳酸。而后者可以直接被土壤中的微生物所摄取。在工业处理的环境下,聚乳酸塑料的降解速度约为6天(50摄氏度),另一种聚己内酯塑料则只需要2天(40摄氏度)。值得一提的是,包裹这些酶的随机杂聚物,也能在紫外线下被降解,不留下污染。

此类塑料在很短的时间内就能被降解(UC Berkeley photo by Ting Xu;Courtesy University of California, Berkeley)

此类塑料在很短的时间内就能被降解(UC Berkeley photo by Ting Xu;Courtesy University of California, Berkeley)

研究人员们指出,利用这一技术所生产出的新型塑料,98%可降解成小分子,且不会产生微塑料等对环境有害的物质。

在土壤中,这类塑料能降解成小分子,为环境所吸收(UC Berkeley photo by Adam Lau/Berkeley Engineering;Courtesy University of California, Berkeley)

在土壤中,这类塑料能降解成小分子,为环境所吸收(UC Berkeley photo by Adam Lau/Berkeley Engineering;Courtesy University of California, Berkeley)

Ting Xu教授说,其团队开发的技术有望让我们重新思考人与地球的关系。现在,我们向地球索取资源的速度,远远超过将资源返回给地球的速度,这样的发展势必是不可持续的。保护这颗蔚蓝的星球,就是保护我们人类唯一的家园。

对文章打分

《自然》重磅献礼:科学家造出了能在几天里完全降解的塑料

2 (5%)
已有 条意见

    最新资讯

    加载中...

    今日最热

    加载中...

    热门评论

      Top 10

      招聘


      Advertisment ad adsense googles cpro.baidu.com
      created by ceallan