当您不再需要它时,这种新塑料就会消失

我们对塑料的依赖已经成为一个巨大的问题,这就是为什么研究人员对一种新型材料感到兴奋的原因——一种具有内置生物降解能力的材料,因为它体内有细菌孢子。

新型自消解塑料结合热塑性聚氨酯(TPU) 和枯草芽孢杆菌细菌,必须经过工程改造才能在塑料生产中涉及的高温下生存。

通过反复将孢子暴露在不断增加的热量下,这项新工作背后的研究小组发现,细菌最终可以应对将细菌孢子和TPU混合在一起所需的135摄氏度(275华氏度)的温度。

TPU(左)和枯草芽孢杆菌(右)。(David Baillot/加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院)

过去为寻找快速降解塑料的方法所做的努力,通常来源于细菌酶和土壤中的真菌堆肥堆这些微生物自然丰富。但这种新材料只需要其中的细菌孢子,用一些营养和水分重新唤醒,就可以开始分解。

“值得注意的是,即使没有其他微生物的存在,我们的材料也会分解,”乔恩·波科尔斯基(Jon Pokorski)是圣地亚哥大学(UC San Diego)的聚合物科学家,他领导了这个团队。

“很有可能,这些塑料中的大多数可能不会最终进入富含微生物的堆肥设施。因此,这种在无微生物环境中自我降解的能力使我们的技术更加通用。

该研究涉及几个重要阶段,从选择开始枯草芽孢杆菌.这是一种具有以前被链接到塑料的分解,它可以在没有通常的食物和能源供应的情况下在休眠状态下生存。

另一个阶段是测试新塑料的分解率:在理想的堆肥条件下,将细菌从休眠状态中唤醒,90%的塑料在五个月内消失了。有积极的迹象表明,在不太理想的条件下也可能发生一定程度的退化。

如果要进行商业开发,那么在处理此类塑料时,这可能是关键。研究表明并非所有“可堆肥”塑料都像广告宣传的那样分解。

塑料的分解在实验室中进行了测试。(Kim等人,自然通讯, 2024)

更重要的是,除了制造塑料可生物降解的,研究人员还发现,细菌孢子使材料强度提高了约30%,并增加了其可拉伸性。

“只需添加孢子,这两种特性都会大大改善,”波科尔斯基。“这很好,因为孢子的添加使机械性能超越了已知的限制,以前在拉伸强度和拉伸性之间进行了权衡。

TPU广泛用于各种产品中,从手机壳到汽车零件,但目前还没有有效的回收方法。如塑料产量增加在快速的速度下,我们迫切需要方法来限制其中有多少被倾倒在环境中。

这里有很多未来研究的空间:从确保分解后留下的细菌是无害的,到试验塑料和细菌的不同组合,以及扩大整个过程。

与此同时,其他研究人员也在尝试制造塑料不是由化石燃料制成的例如原油或其衍生物。

嵌入细菌孢子后,90%的塑料在五个月后分解。(金晗)

“有许多不同种类的商业塑料最终会进入环境——TPU只是其中之一,”亚当·费斯特(Adam Feist),加州大学圣地亚哥分校的生物工程师。

“我们的下一步之一是扩大我们可以使用这项技术制造的可生物降解材料的范围。

该研究已发表在自然通讯.

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