科学家研发可自然降解塑料:生命周期可控,结构设计借鉴DNA与蛋白质
11月29日获悉,罗格斯大学助理教授顾宇伟(Yuwei Gu)在公园散步时,目睹湖面散落的塑料瓶深受触动:自然界的聚合物(如DNA、RNA)能自然降解,为何塑料不能?这个疑问推动其团队在塑料化学领域取得新的研究进展。
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“生物界无处不在使用蛋白质、DNA、RNA和纤维素等聚合物,却从未出现合成塑料所面临的长期堆积问题”。顾宇伟随即意识到,“差异必然存在于化学层面”。他注意到天然聚合物结构中存在辅助基团,这些基团位于整个结构的关键位置,能在需要时促使化学键断裂。
于是,研究团队参考自然界对DNA、RNA、蛋白质等天然高分子的处理方式,在结构中设置“辅助基团”,探索是否可以通过模拟这种结构特征,让合成塑料更易降解。

“我们尝试复制这种结构策略,能否让人造塑料具备相同特性?”实验证实该构想确实可行:研究人员开发出了在日常使用中保持稳定,但触发条件即可降解的新型塑料,无需高温或强化剂处理。初步实验显示降解液体无毒,但仍需进一步评估。
定向可控降解
该技术突破不仅实现塑料降解,更能让人类精准控制降解速度。研究人员通过定向排列化学组分,使其在触发时立即激活。该过程类似于折叠纸张——纸张在受力前保持完整,压至折痕处便轻易撕裂。

“最关键的是,相邻基团的空间排列方式会显著改变聚合物降解速度”,他指出。通过调整,同种塑料可实现数日、数月或数年的差异降解周期。外卖餐盒可在短期降解,汽车零件则能维持多年使用。据介绍,紫外线或金属离子还可作为降解开关。
应用前景
该技术有望应用于按计划释放药物的医用胶囊、可自消除的临时涂层等领域。“这不仅为环保塑料开辟新路径,更为多领域智能响应型聚合物材料设计拓展工具箱,”他表示。其团队正深入研究材料安全性、生产兼容性及推广应用方案。

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