塑料的發(fā)明極大地便利了我們的日常生活。但是，大規(guī)模塑料垃圾的產(chǎn)生以及不當(dāng)?shù)乃芰咸幚矸绞剑顾芰侠ㄒ簿褪前咨廴荆┏蔀楫?dāng)下最嚴(yán)峻的環(huán)境問題之一。

塑料垃圾問題之所以難以解決，主要是石油基塑料在自然界中需要上百年才能降解，這給土壤和環(huán)境造成了污染。要想從源頭解決“白色污染”，應(yīng)該用可降解塑料，如用聚乳酸（PLA）代替石油基塑料。

為了加快可降解塑料的降解速度，我國科學(xué)家發(fā)明了一種“活”塑料，通過對微生物進(jìn)行基因編輯，使其產(chǎn)生具備耐受極端環(huán)境能力的芽孢，在特定條件下分泌塑料降解酶，并通過塑料加工方法將芽孢包埋在塑料基質(zhì)中。

在日常環(huán)境中，芽孢保持休眠狀態(tài)，塑料保持穩(wěn)定的使用性能，只有在特定條件下（如表面侵蝕、堆肥），塑料中的芽孢才會被激活并啟動降解程序，完成塑料的完全降解。

通過改造芽孢編程可以降解“活”塑料。圖片來源：參考文獻(xiàn)[1]

不可降解塑料

塑料是一種人工合成的高分子材料，它的歷史可追溯到19世紀(jì)末。到了20世紀(jì)中期，隨著石油化工工業(yè)的發(fā)展，塑料的生產(chǎn)成本大幅降低，塑料的應(yīng)用范圍也進(jìn)一步擴大，成為現(xiàn)代社會不可或缺的一部分。然而，塑料的廣泛應(yīng)用也帶來了很多環(huán)境問題，隨處可見的“白色污染”已經(jīng)嚴(yán)重威脅到地球和人類的生存與發(fā)展。

石油基塑料需長達(dá)幾百年才能降解，相較人類的時間跨度來說，基本可以定義為“不可降解塑料”。

為什么塑料降解如此艱難？因為塑料是最近一百多年才出現(xiàn)的高分子聚合物。一百年的時間對人類來說可能夠長，但對大自然而言就是彈指一瞬，在這么短的時間內(nèi)，還不足夠進(jìn)化出能快速降解這些塑料的微生物。

據(jù)統(tǒng)計，傳統(tǒng)的石油基塑料，例如聚丙烯（PP）、高密度聚乙烯（HDPE）、聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）和聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET），降解時間都在百年以上。

各種塑料降解需要的時間。圖片來源：參考文獻(xiàn)[2]

可降解塑料

隨著塑料垃圾問題日益嚴(yán)重，人類也意識到解決“白色污染”的緊迫性，開始尋找石油基塑料的代替品。我國出臺了從“限塑令”到“禁塑令”的許多政策，限制使用不可降解塑料，在這樣的背景下，可降解塑料受到越來越多的關(guān)注。

有一類生物來源的高分子聚合物，自然界中存在能夠快速降解它們的微生物和酶，可以在不到一年的時間內(nèi)自然降解這些聚合物，它們被稱為“可降解塑料”，如聚乳酸（PLA）、聚己二酸/對苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）、聚羥基脂肪酸（PHA）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、聚碳酸酯（PCL）等。

目前，使用可降解塑料代替石油基塑料，已經(jīng)成為國內(nèi)外的發(fā)展趨勢，例如超市有償提供的可降解塑料袋、餐飲行業(yè)的可降解塑料吸管，以及醫(yī)院做手術(shù)用的可降解手術(shù)縫線（不需要拆線）等。

可降解塑料袋。圖片來源：圖蟲創(chuàng)意

芽孢：提高降解速度

要想提高可降解塑料的降解速度，就要增加降解酶的數(shù)量。將降解酶放到塑料中，在塑料被廢棄的時候自動釋放出降解酶，提高降解速度。不過，如何把降解酶保存到塑料中，并保證平時使用時不降解，廢棄時才啟動降解呢？科研工作者們想到了細(xì)菌的一個特殊結(jié)構(gòu)——芽孢。

自然界通過億萬年的演化，使諸多微生物進(jìn)化出了抵抗惡劣環(huán)境條件的能力。當(dāng)不再適合生物生存和繁殖的極端環(huán)境到來時，細(xì)菌就會轉(zhuǎn)變成芽孢的形式，這種轉(zhuǎn)變可以讓細(xì)菌獲得超強的抵御能力。芽孢可以忍受極端的干燥、溫度和壓力，而這些極端環(huán)境恰好存在于塑料加工的環(huán)境中。

因此，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院戴卓君團隊提出，通過合成生物學(xué)方法改造枯草芽孢桿菌，將可控分泌塑料降解酶（洋蔥霍爾德菌脂肪酶，Lipase BC）的基因線路導(dǎo)入枯草芽孢桿菌，并在二價錳離子的環(huán)境中，迫使枯草芽孢桿菌“休眠”，形成芽孢形態(tài)。

產(chǎn)生的芽孢同樣帶有編輯的基因線路，并且相比于細(xì)菌還具備了針對高溫、高壓、有機溶劑和干燥的耐受性。研究團隊通過將基因工程改造的芽孢溶液與聚碳酸酯（PCL）塑料母粒直接混合，通過高溫熔融擠出或者有機溶劑方法制備了一系列含有芽孢的塑料。

在物理性能方面的各項測試中，“活”塑料與普通塑料（PCL）在屈服強度、應(yīng)力極限、最大形變量和熔點等參數(shù)上均沒有顯著區(qū)別。在不需要任何其他外源制劑的加入下，土壤環(huán)境中，“活”塑料能夠在25天-30天內(nèi)被完全降解，而傳統(tǒng)可降解塑料（PCL）則需要55天左右才能被降解至肉眼不可見。

為了驗證系統(tǒng)的普適性，研究人員繼續(xù)嘗試了其他的塑料體系，將芽孢與聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、聚己二酸/對苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）、聚乳酸（PLA）、聚羥基脂肪酸（PHA）以及聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）等聚合材料進(jìn)行混合加工，制備了相應(yīng)的“活”塑料。

“活”塑料在土壤中的降解過程 a.“活”塑料在土壤中30天即可完全降解；b.普通的PCL塑料在土壤中55天完全降解。圖片來源：參考文獻(xiàn)[1]

研究人員還將“活”塑料置于常見的碳酸飲料環(huán)境中浸泡2個月，在沒有外界作用的情況下，“活”塑料能夠保持穩(wěn)定的外形，說明活體塑料能夠像傳統(tǒng)塑料一樣正常使用，只有在它們被破壞或被廢棄時，才會啟動降解程序。這項研究為新型可生物降解塑料的開發(fā)提供了新的視角和方法，有望助力解決當(dāng)下的塑料污染困境。

結(jié)語

“活”塑料的發(fā)明為解決塑料垃圾（白色污染）這一全球性難題提供了新的思路和解決方案。通過生物工程技術(shù)，科學(xué)家們成功地將微生物的自然進(jìn)化優(yōu)勢與現(xiàn)代材料科學(xué)相結(jié)合，創(chuàng)造出一種能夠在特定條件下自主降解的塑料。這一創(chuàng)新成果不僅在理論上展示了可持續(xù)發(fā)展的可能性，也在實踐中為減少塑料垃圾的環(huán)境影響帶來了切實的希望。二手海天注塑機

然而，“活”塑料的推廣和應(yīng)用仍需克服諸多挑戰(zhàn)，包括生產(chǎn)成本、技術(shù)成熟度以及大規(guī)模應(yīng)用的社會接受度等問題。只有在科技進(jìn)步與政策引導(dǎo)的雙重推動下，這一新型材料才能真正走向市場，成為應(yīng)對“白色污染”的利器。

未來，我們期待更多這方面的科技創(chuàng)新，從源頭上減少塑料污染，實現(xiàn)人與自然和諧共生。讓我們共同努力，為保護地球環(huán)境貢獻(xiàn)力量。