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科技日報北京4月30日電 （記者張夢(mèng)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(kāi)發(fā)了一種可生物降解的熱塑性聚氨酯（TPU），它充滿(mǎn)細菌孢子，當暴露于堆肥中的營(yíng)養物質(zhì)時(shí)，會(huì )在其生命周期結束后逐漸發(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(yíng)養時(shí)存活下來(lái)。
研究中所用的細菌孢子經(jīng)過(guò)進(jìn)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(chēng)為適應性實(shí)驗室進(jìn)化的技術(shù)，包括培養孢子，將它們置于極端溫度下適應一段時(shí)間，讓它們自然變異，然后分離出在此過(guò)程中幸存下來(lái)的菌株并再次進(jìn)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(wú)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(yíng)養物質(zhì)觸發(fā)了樣本內孢子的萌發(fā)，在5個(gè)月內降解了90%。
孢子還可以作為強化填料，類(lèi)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)規模擴大到公斤級。目前的重點(diǎn)是在實(shí)驗室進(jìn)行小規模生產(chǎn)，以驗證可行性。今后將進(jìn)一步優(yōu)化工藝以適應工業(yè)規模生產(chǎn)，進(jìn)化細菌以更快地分解塑料材料，以及探索TPU以外的其他類(lèi)型塑料。
塑料制品被稱(chēng)為“白色污染”。它們在自然界的降解周期極其漫長(cháng)，動(dòng)輒以百年計。它們會(huì )污染土地、水體，是個(gè)棘手的大問(wèn)題。此次，研究人員開(kāi)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(kāi)始生長(cháng)，讓TPU得以分解。當然，這種菌株也經(jīng)過(guò)了進(jìn)化工程改造，使其可以耐受高溫。不過(guò)，“綠色塑料”的工藝目前還停留在實(shí)驗室階段，能否實(shí)現工業(yè)化大規模生產(chǎn)，還需進(jìn)一步檢驗。
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