科學家推出可室溫降解的生物塑料

長期以來，石油衍生塑料的污染，特別是微塑料對食物和水源的有害影響，一直困擾著人類。為此，研究人員一直在開發傳統塑料的可生物降解版本，也就是“生物塑料”。但當前的生物塑料還面臨著一些挑戰。一方面，現有版本的強度不如石化塑料；另一方面，它們只能通過高溫堆肥系統降解。美國圣路易斯華盛頓大學的研究人員從樹葉中汲取靈感，解決了這兩個問題，最新成果近期發表在《自然-通訊》。

在塑料出現的很久之前，人們就在用樹葉包裹食物。樹葉具有富含纖維素的細胞壁底層結構，易于生物降解。因此，研究人員決定將纖維素納米纖維引入生物塑料的設計中。

“我們創建了這種纖維素在中間、生物塑料在兩側的多層結構。”論文通訊作者、麥凱維工程學院的Joshua Yuan說道，“通過這種方式，我們創造了一種強度很高的多功能材料。”

該技術源于對當今兩種產量最高的生物塑料的研究。在今年早些時候，Yuan和同事使用了一種受樹葉啟發的纖維素納米纖維結構的變體，來改善淀粉衍生塑料聚羥基丁酸酯（PHB）的強度和生物降解力。在本項研究中，他們進一步優化了該技術在聚乳酸（PLA）的應用。

被研究人員優化過的生物塑料名為LEAFF，意為分層（Layered）、生態（Ecological）、先進（Advanced）的多功能薄膜（multi-Functional Film）。它將PLA轉變為一種能夠在室溫下生物降解的包裝材料。此外，該結構還具有其他關鍵特性，例如低透氣性或低透水性，有助于保持食品穩定，并可在表面進行印刷。這提高了生物塑料的經濟性，為制造商節省了單獨印刷包裝標簽的成本。

“最重要的是，LEAFF底層的纖維素結構使它比聚乙烯和聚丙烯等石化塑料具有更高的拉伸強度。”Yuan實驗室的博士生、論文第一作者Puneet Dhatt解釋道。

它的創新之處在于加入了研究人員們復制的這種纖維素結構，即嵌入生物塑料內的纖維素纖絲。“這種獨特的仿生設計使我們能夠解決生物塑料的使用局限性，從而克服技術障礙，并促進生物塑料的更廣泛應用。”Yuan表示。

Yuan希望這項技術能盡快擴大規模，并在尋找商業及慈善領域合作伙伴的幫助，以期將這些改良工藝引入工業界。亞洲與歐洲研究機構的“競爭對手”也在努力開發類似的技術，不過美國工業因龐大的農業體系而具有優勢，而圣路易斯華盛頓大學正處于該國農化工業中心的附近。

“美國在農業方面尤其強大。”Yuan表示，“與世界其他地區相比，我們可以以更低的價格提供用于生產生物塑料的原料。”他所說的“原料”是指乳酸、醋酸、脂肪酸等化學品，它們是微生物為生物塑料工廠發酵玉米或淀粉的產物。

研究人員設計了利用惡臭假單胞菌等菌株，將二氧化碳、木質素和食物垃圾等廢物轉化為生物塑料的方法。通過改進的生物塑料設計，Yuan的研究進一步填補了這個循環，創造出一種生產更高效并能安全在環境中降解的PHB和PLA版本。

“美國存在廢物問題，而循環再利用可以在很大程度上將它們轉化為有用的材料。”Yuan表示，“如果我們能夠擴大生物塑料供應鏈，它還將創造就業機會和新的市場。”

相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-025-61693-2