減少白色污染，含微生物的可降解“活塑料”面世

一種嵌入微生物的新型塑料可幫助減少塑料行業的環境足跡。美國加州大學圣迭戈分校研究人員開發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物質時，會在其生命周期結束后逐漸發芽并自身分解。30日發表在《自然·通訊》上的一篇論文中詳細介紹了此項研究成果。

利用熱塑性聚氨酯顆粒（左）和枯草芽孢桿菌孢子（右）合成的可生物降解“活塑料”。

在堆肥中5個月的不同分解階段的普通TPU（上）和“活”TPU（下）樣本。
圖片來源：加州大學圣迭戈分校工程學院

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屏障，使細菌能在缺乏營養時存活下來。

研究中所用的細菌孢子經過進化工程改造，可在TPU生產所需的高溫下存活。研究人員使用一種稱為適應性實驗室進化的技術，包括培養孢子，將它們置于極端溫度下適應一段時間，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。

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物質觸發了樣本內孢子的萌發，在5個月內降解了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規模擴大到公斤級。目前的重點是在實驗室進行小規模生產，以驗證可行性。今后將進一步優化工藝以適應工業規模生產，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。