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科技日報北京4月30日電 （記者張夢然）一種嵌入微生物的新型塑料可幫助減少塑料行業(yè)的環(huán)境足跡。美國加州大學(xué)圣迭戈分校研究人員開發(fā)了一種可生物降解的熱塑性聚氨酯（TPU），它充滿細菌孢子，當暴露于堆肥中的營養(yǎng)物質(zhì)時，會在其生命周期結(jié)束后逐漸發(fā)芽并自身分解。30日發(fā)表在《自然·通訊》上的一篇論文中詳細介紹了此項研究成果。
可生物降解TPU添加的是枯草芽孢桿菌的孢子，這種細菌具有分解塑料聚合物材料的能力。細菌孢子是一種休眠形式的細菌，能抵抗惡劣的環(huán)境條件。與具有生殖能力的真菌孢子不同，細菌孢子具有保護性蛋白質(zhì)屏障，使細菌能在缺乏營養(yǎng)時存活下來。
研究中所用的細菌孢子經(jīng)過進化工程改造，可在TPU生產(chǎn)所需的高溫下存活。研究人員使用一種稱為適應(yīng)性實驗室進化的技術(shù)，包括培養(yǎng)孢子，將它們置于極端溫度下適應(yīng)一段時間，讓它們自然變異，然后分離出在此過程中幸存下來的菌株并再次進行循環(huán)。
為制造可生物降解塑料，研究人員將枯草芽孢桿菌孢子和TPU顆粒放入塑料擠壓機，讓這些成分在135℃下混合并熔化，然后擠出薄薄的塑料條。
研究人員評估了材料的生物降解性。他們將樣本放在微生物活性和無菌堆肥環(huán)境中，使溫度保持在37℃，相對濕度在44%—55%之間。堆肥中的水和其他營養(yǎng)物質(zhì)觸發(fā)了樣本內(nèi)孢子的萌發(fā)，在5個月內(nèi)降解了90%。
孢子還可以作為強化填料，類似于鋼筋加固混凝土。添加細菌孢子造出的TPU機械性能更強，抗斷裂且拉伸性更好。
研究人員表示，他們正在努力將生產(chǎn)規(guī)模擴大到公斤級。目前的重點是在實驗室進行小規(guī)模生產(chǎn)，以驗證可行性。今后將進一步優(yōu)化工藝以適應(yīng)工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)，進化細菌以更快地分解塑料材料，以及探索TPU以外的其他類型塑料。
塑料制品被稱為“白色污染”。它們在自然界的降解周期極其漫長，動輒以百年計。它們會污染土地、水體，是個棘手的大問題。此次，研究人員開發(fā)出了一種新型生物塑料TPU，將塑料和細菌合為一體。在合適的溫度和濕度下，能夠分解塑料聚合物的菌株開始生長，讓TPU得以分解。當然，這種菌株也經(jīng)過了進化工程改造，使其可以耐受高溫。不過，“綠色塑料”的工藝目前還停留在實驗室階段，能否實現(xiàn)工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，還需進一步檢驗。
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