來到海邊，你能看到什么？是藍天白云、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。

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

近日，加利福尼亞大學伯克利分校（University of California, Berkeley）的科學家就發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，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料，真正成為 “可堆肥塑料”，從而解決了困擾塑料工業和環保主義者的問題。

相關論文 “Near-complete depolymerization of polyesters with nano-dispersed enzymes” 為題，發表在 Nature 雜志上。

生物可降解，遠沒有聽上去那么容易

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

當初，塑料被設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勢，但不可降解也同時意味著會污染環境。

為減少環境污染，目前市場上已經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。

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，可在一定時間內轉化成二氧化碳、水及其所含元素的礦化無機鹽以及新物質。

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塑料污染問題的最佳方案。但其實，當今所謂的 “可堆肥” 塑料袋、餐具等，只有在特定條件下才會進行生物降解。

打開塑料降解開關

為了解決上述問題，讓可生物降解塑料真正 “可堆肥”，加州大學伯克利分校材料科學與工程系和化學系徐婷教授團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構單元，同時，分解后的產物還可以用作堆肥。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，因而達到真正將塑料降解成天然肥料的目的。

但此次研究的創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，徐婷和她的團隊使用了類似的技術：將酶包裹在 RHP 中，并將數十億個此類納米顆粒嵌入塑料樹脂珠中。“如果僅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分布，那么從本質上講，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。”

實驗發現，由 RHP 和酶結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” 呢？其實很簡單！要觸發降解機制，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，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）的工業堆肥條件下，PLA 在 60 天內即可降解完成。另一種聚酯塑料 PCL（聚己內酯）則在 40℃（104 華氏度）的工業堆肥條件下，在兩天內完全降解。

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