Nature：直接“吃掉”塑料！华人科学家开发塑料降解新工艺，最快两天内完全分解

来到海边，你能看到什么？是蓝天白云、黄金沙滩，还是被塑料垃圾缠绕致死的海洋生物？看着桌上色泽诱人的食物，你是否知道微塑料早已渗透进我们生活的方方面面......

我们从地球上不断索取资源，还给它的却是堆积如山、难以降解的塑料垃圾。

随着环境的不断恶化，近年来人们对塑料危害的关注度明显提高，各国政府越来越重视塑料垃圾的处理，科学家们也投入精力不断研发塑料降解技术。

近日，加利福尼亚大学伯克利分校（University of California, Berkeley）的科学家就发明了一种塑料降解新方法 —— 他们将一种可以 “吃掉” 塑料的酶包裹在特定分子中，仅在几周时间内，就能让塑料在稍高温度和水的作用下完全分解，不仅如此，已分解的塑料还会成为土壤微生物的养料，真正成为 “可堆肥塑料”，从而解决了困扰塑料工业和环保主义者的问题。

相关论文 “Near-complete depolymerization of polyesters with nano-dispersed enzymes” 为题，发表在 Nature 杂志上。

生物可降解，远没有听上去那么容易

1904 年，“塑料之父” Leo Baekeland 发明了塑料，这个给人类带来极大便利的化合物曾一度被称为 “20 世纪最伟大的发明之一”。然而到了今天，人们终于发现：100 年前发明的塑料，至少要等 300 多年才能被降解！

当初，塑料被设计为在正常使用期间不会分解，这原本是它用途广泛的一大优势，但不可降解也同时意味着会污染环境。

为减少环境污染，目前市场上已经存在以下两种类型的 “可降解塑料”：

可降解塑料：可通过物理和生物因素（光或热，或微生物作用）降解，但降解速度慢，还可能留下憎水碎片，这些憎水碎片迁移到地下水和土壤中，其表面上会吸附并保留一些高毒性物质。

生物可降解塑料：可被一些微生物作为食物来获取能量，从而达到完全降解。其下有一个分支被称为 “可堆肥塑料”，是指塑料在堆肥条件下，通过微生物的作用，可在一定时间内转化成二氧化碳、水及其所含元素的矿化无机盐以及新物质。

一直以来，生物可降解塑料被宣传为可以解决困扰世界范围内塑料污染问题的最佳方案。但其实，当今所谓的 “可堆肥” 塑料袋、餐具等，只有在特定条件下才会进行生物降解。

打开塑料降解开关

为了解决上述问题，让可生物降解塑料真正 “可堆肥”，加州大学伯克利分校材料科学与工程系和化学系徐婷教授团队提出了一种新工艺 —— 在塑料中嵌入以聚酯为食的酶，这些酶能够有效地将塑料分解成一个个初级结构单元，同时，分解后的产物还可以用作堆肥。例如，就聚乳酸（PLA）而言，酶会将其分解为乳酸分子，而在堆肥过程中，土壤微生物恰恰就以乳酸为食，因而达到真正将塑料降解成天然肥料的目的。

但此次研究的创新点不仅仅在于食聚酯酶的使用，还在于一种被称为 RHP（random heteropolymers）的聚合分子。为了让降解过程更加可控，研究团队提出了一种新的想法：将能够 “吃掉” 塑料聚合物的纳米级酶嵌入某种材料中，从而隔离并保护这些酶，直到合适的条件下再让包裹物溶解，从而将酶释放出来。

本次研究中，徐婷和她的团队使用了类似的技术：将酶包裹在 RHP 中，并将数十亿个此类纳米颗粒嵌入塑料树脂珠中。“如果仅将酶放置在塑料表面，它降解塑料化合物的速度就会非常缓慢。如果让它们在纳米范围内分布，那么从本质上讲，每个酶分子都只需要吞噬与其相邻的聚合物，那么整个材料就会迅速分解掉。”

实验发现，由 RHP 和酶结合而成的纳米颗粒仍具有塑料特性，并可以在 170℃（338 华氏度）的温度下熔融并挤压成类似于普通聚酯塑料的化合物。

那么如何将酶释放出来，打开降解的 “开关” 呢？其实很简单！要触发降解机制，只需使其遇热遇水即可。

实验表明，在室温条件下，约一周时间内，80％的 PLA 纤维完全降解。较高温度下降解速度则更快，在 50℃（122 华氏度）的工业堆肥条件下，PLA 在 60 天内即可降解完成。另一种聚酯塑料 PCL（聚己内酯）则在 40℃（104 华氏度）的工业堆肥条件下，在两天内完全降解。

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