來到海邊，你能看到什么？是藍(lán)天白云、黃金沙灘，還是被塑料垃圾纏繞致死的海洋生物？看著桌上色澤誘人的食物，你是否知道微塑料早已滲透進(jìn)我們生活的方方面面......

我們從地球上不斷索取資源，還給它的卻是堆積如山、難以降解的塑料垃圾。

隨著環(huán)境的不斷惡化，近年來人們對塑料危害的關(guān)注度明顯提高，各國政府越來越重視塑料垃圾的處理，科學(xué)家們也投入精力不斷研發(fā)塑料降解技術(shù)。

近日，加利福尼亞大學(xué)伯克利分校（University of California, Berkeley）的科學(xué)家就發(fā)明了一種塑料降解新方法 —— 他們將一種可以 “吃掉” 塑料的酶包裹在特定分子中，僅在幾周時間內(nèi)，就能讓塑料在稍高溫度和水的作用下完全分解，不僅如此，已分解的塑料還會成為土壤微生物的養(yǎng)料，真正成為 “可堆肥塑料”，從而解決了困擾塑料工業(yè)和環(huán)保主義者的問題。

相關(guān)論文 “Near-complete depolymerization of polyesters with nano-dispersed enzymes” 為題，發(fā)表在 Nature 雜志上。

生物可降解，遠(yuǎn)沒有聽上去那么容易

1904 年，“塑料之父” Leo Baekeland 發(fā)明了塑料，這個給人類帶來極大便利的化合物曾一度被稱為 “20 世紀(jì)最偉大的發(fā)明之一”。然而到了今天，人們終于發(fā)現(xiàn)：100 年前發(fā)明的塑料，至少要等 300 多年才能被降解！

當(dāng)初，塑料被設(shè)計為在正常使用期間不會分解，這原本是它用途廣泛的一大優(yōu)勢，但不可降解也同時意味著會污染環(huán)境。

為減少環(huán)境污染，目前市場上已經(jīng)存在以下兩種類型的 “可降解塑料”：

可降解塑料：可通過物理和生物因素（光或熱，或微生物作用）降解，但降解速度慢，還可能留下憎水碎片，這些憎水碎片遷移到地下水和土壤中，其表面上會吸附并保留一些高毒性物質(zhì)。

生物可降解塑料：可被一些微生物作為食物來獲取能量，從而達(dá)到完全降解。其下有一個分支被稱為 “可堆肥塑料”，是指塑料在堆肥條件下，通過微生物的作用，可在一定時間內(nèi)轉(zhuǎn)化成二氧化碳、水及其所含元素的礦化無機鹽以及新物質(zhì)。

一直以來，生物可降解塑料被宣傳為可以解決困擾世界范圍內(nèi)塑料污染問題的最佳方案。但其實，當(dāng)今所謂的 “可堆肥” 塑料袋、餐具等，只有在特定條件下才會進(jìn)行生物降解。

打開塑料降解開關(guān)

為了解決上述問題，讓可生物降解塑料真正 “可堆肥”，加州大學(xué)伯克利分校材料科學(xué)與工程系和化學(xué)系徐婷教授團(tuán)隊提出了一種新工藝 —— 在塑料中嵌入以聚酯為食的酶，這些酶能夠有效地將塑料分解成一個個初級結(jié)構(gòu)單元，同時，分解后的產(chǎn)物還可以用作堆肥。例如，就聚乳酸（PLA）而言，酶會將其分解為乳酸分子，而在堆肥過程中，土壤微生物恰恰就以乳酸為食，因而達(dá)到真正將塑料降解成天然肥料的目的。

但此次研究的創(chuàng)新點不僅僅在于食聚酯酶的使用，還在于一種被稱為 RHP（random heteropolymers）的聚合分子。為了讓降解過程更加可控，研究團(tuán)隊提出了一種新的想法：將能夠 “吃掉” 塑料聚合物的納米級酶嵌入某種材料中，從而隔離并保護(hù)這些酶，直到合適的條件下再讓包裹物溶解，從而將酶釋放出來。

本次研究中，徐婷和她的團(tuán)隊使用了類似的技術(shù)：將酶包裹在 RHP 中，并將數(shù)十億個此類納米顆粒嵌入塑料樹脂珠中?！叭绻麅H將酶放置在塑料表面，它降解塑料化合物的速度就會非常緩慢。如果讓它們在納米范圍內(nèi)分布，那么從本質(zhì)上講，每個酶分子都只需要吞噬與其相鄰的聚合物，那么整個材料就會迅速分解掉。”

實驗發(fā)現(xiàn)，由 RHP 和酶結(jié)合而成的納米顆粒仍具有塑料特性，并可以在 170℃（338 華氏度）的溫度下熔融并擠壓成類似于普通聚酯塑料的化合物。

那么如何將酶釋放出來，打開降解的 “開關(guān)” 呢？其實很簡單！要觸發(fā)降解機制，只需使其遇熱遇水即可。

實驗表明，在室溫條件下，約一周時間內(nèi)，80％的 PLA 纖維完全降解。較高溫度下降解速度則更快，在 50℃（122 華氏度）的工業(yè)堆肥條件下，PLA 在 60 天內(nèi)即可降解完成。另一種聚酯塑料 PCL（聚己內(nèi)酯）則在 40℃（104 華氏度）的工業(yè)堆肥條件下，在兩天內(nèi)完全降解。

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