“當(dāng)我從父母的花園里拿到堆肥土壤時，常常堆滿了尚未完全降解的塑料碎片。” 本身就是加州大學(xué)伯克利分校材料科學(xué)與工程系教授的徐婷，看到這一幕時更加意識到，研發(fā)出可完全降解塑料的技術(shù)，于人、于己都很迫切。

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圖 | 塑料污染（來源：Pixabay）

塑料可完全降解的概念，已經(jīng)誕生多年，但卻沒有技術(shù)能真正做到。當(dāng)前，雖然有一些可 “生物降解” 的塑料，但是 “可降解” 和 “可完全降解” 帶來的結(jié)果完全不一樣。

無法完全降解的塑料，會通過一定方式進(jìn)入海洋生物體內(nèi)，進(jìn)而通過食物鏈進(jìn)入人體體內(nèi)。

就在 4 月 21 日，第 52 個世界地球日來臨前一天，Nature 報道了徐婷的新技術(shù)：無無紡布袋訂做15838231350需特殊條件，一天到幾周內(nèi)就能完全降解塑料！

圖 | 左側(cè)的改性塑料，在標(biāo)準(zhǔn)堆肥中僅放置三天就會分解，而在兩周后會完全分解（來源：受訪者）

當(dāng)天，徐婷擔(dān)任通訊作者的論文在 Nature 發(fā)表，論文標(biāo)題為《聚酯與納米分散酶幾乎完全解聚》“Near-complete depolymerization of polyesters with nano-dispersed enzymes”。

圖 | 相關(guān)論文（來源：受訪者）

徐婷告訴 DeepTech，在思考如何造出真正可降解且沒有后遺癥的塑料這一問題時，她想到了酶。

讓塑料 “自我毀滅”

如下圖所示，使用本次技術(shù)，在 40℃ 的環(huán)境下，這種塑料能在 36 小時后、也就是一天半之后降解為小分子。

圖 | 36 小時后降解（來源：受訪者）

說起酶，你可能比較陌生，但應(yīng)該聽說過做酸奶用的酶。酶也是一種大分子生物催化劑，具備加速化學(xué)反應(yīng)的能力。

這種能力有多強？以乳清苷 - 5- 磷酸脫羧酶為例，在無催化劑條件下耗時數(shù)百萬年才能完成的化學(xué)反應(yīng)，有了它只需幾毫秒就能完成。截止目前，人類已知的是，酶能催化 5000 無紡布袋訂做15838231350多種生化反應(yīng)。

徐婷也表示，人類死亡后，體內(nèi)的酶會自動降解身體，大自然本身也用酶來降解野外生物。

那么，能否用酶來降解塑料，從而讓塑料融入自然呢？

圖 | 徐婷（來源：受訪者）

她和團(tuán)隊還做出一個大膽設(shè)想：假如酶只能觸達(dá)到塑料表面，塑料只能被一層層地降解，速度十分堪憂。如果讓酶充斥于塑料中呢？

這樣一來，雖然每個酶只能降解它附近的小部分塑料，但無數(shù)個小部分降解累積在一起，整塊塑料就能被完全降解。

設(shè)想很美好，擺在面前的困難也很骨感。耐久性塑料擁有水晶體般的分子結(jié)構(gòu)，其中的聚合物纖維排列非常緊密，靈活如水分子都滲不進(jìn)去，更別說酶了。

那怎么辦呢？徐婷決定從根抓起，把酶介入到塑料誕生的初始階段，讓其作為生產(chǎn)塑料的原料。

2018 年，她曾展示過這項技術(shù)，當(dāng)時她在纖維墊中嵌入一種酶，無紡布袋訂做15838231350這種酶能降解有毒的有機磷酸酯化學(xué)物質(zhì)，例如殺蟲劑和化學(xué)戰(zhàn)劑中的化學(xué)物質(zhì)。當(dāng)纖維墊浸入化學(xué)品中時，嵌入的酶可以分解有機磷酸酯。

圖 | 相關(guān)降解過程（來源：受訪者）

但是問題接踵而至，酶的分子特征不算太穩(wěn)定。一旦脫離細(xì)胞范圍，它就會喪失功能、或者被降解掉。

為了保護(hù)酶免于崩解，徐婷開發(fā)出一種分子，名字叫隨機雜聚物（Random Heteropolymers，下稱 RHP），它就跟水果皮似的，能像包裹果肉一樣，把酶包起來。

圖 | 脂肪酶的熒光顯微鏡圖像（來源：受訪者）

RHP 分子會圍繞著酶，并將其輕輕地結(jié)合在一起，酶的自然柔韌性不會受到影響，塑料特性亦不會被改變。

此外，RHP 由四種類型的單體亞基組成，每種亞基的化學(xué)性質(zhì)，都能和特定酶表面的化學(xué)基團(tuán)相互作用。數(shù)十億個酶被包起來后，和塑料樹脂珠混合后，即可用于塑料生產(chǎn)。

如下圖所示，圖上的綠球是一種脂肪酶，無紡布袋訂做15838231350左上角是脂肪酶正在從表面降解塑料聚合物，但是它會隨機切割聚合物，并留下圖中右上角的微塑料。

圖 | 相關(guān)設(shè)計思路（來源：受訪者）

上面圖片的左下方指的是，徐婷給整個塑料中嵌入了酶納米簇，圖中的彩球鏈正是前文提到的隨機雜聚物，它可以保護(hù)酶納米簇。

具體生產(chǎn)塑料時，只要保證酶的功能不變，當(dāng)制備出來的塑料結(jié)束使用用途、并進(jìn)行再回收時，只要遇水遇熱，就能喚醒酶的降解能力。

其原理是，嵌入的酶會固定在聚合物鏈末端附近，在適當(dāng)條件下遇水遇熱，就能從鏈末端降解聚合物分子。另據(jù)悉，該技術(shù)在使用過程中，可保持塑料的完整性。

徐婷推測，較高的溫度會使包裹的酶運動更多，從而讓它快速找到聚合物鏈的末端、并對其進(jìn)行咀嚼，然后繼續(xù)前進(jìn)至下一個鏈。

此外，RHP 包裹的酶還傾向于在聚合物鏈的末端附近結(jié)合，無紡布袋訂做15838231350從而使酶保持在相關(guān)靶標(biāo)附近。

圖 | PCL-RHP-BC - 脂肪酶的表征和降解（來源：受訪者）

在不同溫度下，降解速度也各不相同。徐婷指出，正常室溫環(huán)境下，花費 7 天左右的時間，80% 的聚乳酸塑料就能被完全降解，降解后會變成乳酸。

這時，降解工作就能宣布大功告成，因為乳酸能被土壤中的微生物直接吸收。

另據(jù)悉，使用本次方法，在工業(yè)環(huán)境下處理同樣重量的塑料，速度會更快。因為工業(yè)環(huán)境具備更好的溫度調(diào)節(jié)條件，比如在 50℃ 的溫度下，80% 的聚乳酸塑料可在 6 天左右完全降解；而在 40℃ 溫度下，只需花費 2 天，就能降解聚己內(nèi)酯塑料。

圖 | 塑料的分解（來源：受訪者）

徐婷告訴 DeepTech，使用本次技術(shù)生產(chǎn)的塑料，98% 的部分會被降解成小分子，還可避免對環(huán)境產(chǎn)生有害物質(zhì)如微塑料。據(jù)了解，微塑料是化學(xué)降解過程中常見污染副產(chǎn)物。

針對聚乳酸塑料的降解，她嵌入了一種稱為蛋白酶 K 的酶，無紡布袋訂做15838231350該酶能將聚乳酸塑料咀嚼成乳酸分子。而針對聚己內(nèi)酯塑料的降解，她使用了脂肪酶。

以上兩種酶，都是廉價且容易獲得的酶。如下圖所示，左圖是把聚乳酸塑料放置在堆肥中的初時模樣，右圖是放置一周后的聚乳酸塑料，可以明顯看出后者已經(jīng)被吸收不少。

圖 | 塑料降解成為小分子并可被土壤吸收（來源：受訪者）

如下圖，本次論文的作者之一伊凡?賈亞普爾納（Ivan Jayapurna），正在展示含有聚己內(nèi)酯的樣品膜，據(jù)了解聚己內(nèi)酯具備較好的生物相容性、生物降解性、和無毒性。

圖 | 伊凡?賈亞普爾納，正在展示含有聚己內(nèi)酯的樣品膜（來源：受訪者）

概括來說，從生產(chǎn)階段就給聚己內(nèi)酯嵌入酶，生產(chǎn)出來的聚酯塑料、不僅具備在常規(guī)堆肥中可進(jìn)行快速生物降解的能力，其機械性能也不亞于低密度聚乙烯塑料，因此有望成為不可生物降解塑料的高潛力替代品。

無紡布袋訂做15838231350我們向地球索取的速度，比回報地球的速度還快

對于本次研究的出發(fā)點，徐婷顯然看得更深刻。

她說：“對千禧一代來說，考慮這一點并開始對話，將改變我們與地球互動的方式，這是一件好事，看看我們?nèi)拥舻臇|西：衣服、鞋子、手機和計算機等電子產(chǎn)品。我們從地球上拿東西的速度，比我們返回它們的速度還快。不要再回到地球開采這些材料，而要開采您擁有的任何東西，然后將其轉(zhuǎn)換為其他東西。”

另據(jù)悉，本次論文的作者之一、前加州大學(xué)伯克利分校的博士生亞倫?霍爾（Aaron Hall），已成立一家公司，旨在使用本次成果，來進(jìn)一步開發(fā)可生物降解的塑料。

圖 | 含有酶的聚乳酸塑料薄膜（來源：受訪者）

此外，本次技術(shù)不僅能造出塑料購物袋，還能制造可生物降解的膠水，使用這種膠水去組裝電腦和手機等電子設(shè)備，在設(shè)備壽命即將終結(jié)時，只需溶解膠水，各種零件就會散開，并可進(jìn)行重復(fù)使用。

由于本次研發(fā)出的塑料，在低溫下或短暫潮濕時不會降解。研究中，徐婷把部分塑料在室溫下放置了三個月，期間沒有發(fā)生任何降解，不過倒入微熱的水之后，就會開始降解。但這也意味著，這種塑料可被制成衣服，因為很明顯它不會受到晾曬或冷水洗滌的影響。

談及未來，徐婷表示，她正在開發(fā)可降解其他類型的聚酯塑料的 RHP 包裹型酶。目前，她正在對 RHP 進(jìn)行改性，以便讓降解過程能在特定時間節(jié)點停止，且不讓該材料遭受破壞，這有望讓塑料重新熔化、并變成新的塑料，屆時塑料有望進(jìn)入可循環(huán)使用的 “永生” 階段。