含微生物的可降解“活塑料”面世，有助减少环境中“白色污染”
科技日报记者 张梦然
一种嵌入微生物的新型塑料可帮助减少塑料行业的环境足迹。美国加州大学圣迭戈分校研究人员开发了一种可生物降解的热塑性聚氨酯（TPU），它充满细菌孢子，当暴露于堆肥中的营养物质时，会在其生命周期结束后逐渐发芽并自身分解。30日发表在《自然·通讯》上的一篇论文中详细介绍了此项研究成果。
利用热塑性聚氨酯颗粒（左）和枯草芽孢杆菌孢子（右）合成的可生物降解“活塑料”。
在堆肥中5个月的不同分解阶段的普通TPU（上）和“活”TPU（下）样本。图片来源：加州大学圣迭戈分校工程学院
可生物降解TPU添加的是枯草芽孢杆菌的孢子，这种细菌具有分解塑料聚合物材料的能力。细菌孢子是一种休眠形式的细菌，能抵抗恶劣的环境条件。与具有生殖能力的真菌孢子不同，细菌孢子具有保护性蛋白质屏障，使细菌能在缺乏营养时存活下来。
研究中所用的细菌孢子经过进化工程改造，可在TPU生产所需的高温下存活。研究人员使用一种称为适应性实验室进化的技术，包括培养孢子，将它们置于极端温度下适应一段时间，让它们自然变异，然后分离出在此过程中幸存下来的菌株并再次进行循环。
为制造可生物降解塑料，研究人员将枯草芽孢杆菌孢子和TPU颗粒放入塑料挤压机，让这些成分在135℃下混合并熔化，然后挤出薄薄的塑料条。
研究人员评估了材料的生物降解性。他们将样本放在微生物活性和无菌堆肥环境中，使温度保持在37℃，相对湿度在44%—55%之间。堆肥中的水和其他营养物质触发了样本内孢子的萌发，在5个月内降解了90%。
孢子还可以作为强化填料，类似于钢筋加固混凝土。添加细菌孢子造出的TPU机械性能更强，抗断裂且拉伸性更好。
研究人员表示，他们正在努力将生产规模扩大到公斤级。目前的重点是在实验室进行小规模生产，以验证可行性。今后将进一步优化工艺以适应工业规模生产，进化细菌以更快地分解塑料材料，以及探索TPU以外的其他类型塑料。
总编辑圈点：
塑料制品被称为“白色污染”。它们在自然界的降解周期极其漫长，动辄以百年计。它们会污染土地、水体，是个棘手的大问题。此次，研究人员开发出了一种新型生物塑料TPU，将塑料和细菌合为一体。在合适的温度和湿度下，能够分解塑料聚合物的菌株开始生长，让TPU得以分解。当然，这种菌株也经过了进化工程改造，使其可以耐受高温。不过，“绿色塑料”的工艺目前还停留在实验室阶段，能否实现工业化大规模生产，还需进一步检验。
（来源：科技日报）