麻省理工学院研发出可生物降解的微塑料珠替代品

麻省理工学院（MIT）的研究人员开发出一种环保型微珠替代品，可替代某些保健和美容产品中使用的有害微珠。这些新型聚合物可分解为无害的糖类和氨基酸，还可封装营养物质用于食品强化，在化妆品和营养品应用领域都大有可为。

为应对全球微量营养素缺乏危机，麻省理工学院的研究人员开发出了新型材料，可在苛刻的烹饪和储存条件下保护脆弱的营养素。 图中的微粒由可生物降解的聚合物制成，能在胃中溶解，释放出封装的维生素和矿物质。 资料来源：Linzixuan (Rhoda) Zhang， David Mankus， Dhruv Varshney， Ruiqing Xiao， Shahad Alsaiari， Abigail Lytton- Jean， Robert Langer， Ana Jaklenec

微塑料是对环境构成重大威胁的微小塑料颗粒，在地球上几乎随处可见。 它们来自轮胎、衣服和塑料包装等日常用品的分解。 另一个主要来源是通常添加到清洁剂、化妆品和其他美容产品中的微小塑料珠。

为了解决这个日益严重的问题，麻省理工学院的化学工程师们开发出了可生物降解的材料，用来替代美容产品中的这些塑料微珠。 这些环保聚合物可自然分解成糖和氨基酸等安全的副产品。

"缓解微塑料问题的方法之一是设法清理现有污染。 "麻省理工学院科赫癌症综合研究所的首席研究员安娜-雅克伦内克（Ana Jaklenec）说："但同样重要的是，我们要放眼未来，专注于创造首先不会产生微塑料的材料。"这些微粒还可以有其他用途。 在这项新研究中，Jaklenec 和她的同事们发现，这些微粒可以用来封装维生素 A 等营养物质。

Jaklenec 和麻省理工学院教授、科赫研究所成员罗伯特-兰格是这篇论文的资深作者，论文于12月6日发表在《自然化学工程》（Nature Chemical Engineering）上。 论文的第一作者是麻省理工学院化学工程专业的研究生张琳子璇（Rhoda）。

2019 年，Jaklenec、Langer 等人报告了一种聚合物材料，他们发现这种材料可用于封装维生素 A 和其他必需营养素。 他们还发现，食用用封装铁强化面粉制成的面包的人体内的铁含量有所增加。

然而，从那时起，欧盟就把这种被称为 BMC 的聚合物归类为一种微塑料，并将其列入了一项于 2023 年生效的禁令中。 因此，为最初研究提供资金的比尔及梅林达-盖茨基金会询问麻省理工学院团队，能否设计出一种更环保的替代品。

由张领导的研究人员转向了兰格实验室之前开发的一种聚合物，即聚（β-氨基酯）。 这种聚合物有望成为基因递送和其他医疗应用的载体，可生物降解，并能分解成糖和氨基酸。

通过改变材料组成模块的成分，研究人员可以调整疏水性（拒水能力）、机械强度和 pH 值敏感性等特性。 在创造出五种不同的候选材料后，麻省理工学院的研究小组对它们进行了测试，并确定了一种似乎具有微塑料应用最佳成分的材料，包括在胃等酸性环境中的溶解能力。

研究人员发现，他们可以利用这些微粒来封装维生素 A 以及维生素 D、维生素 E、维生素 C、锌和铁。 其中许多营养素都容易受热和光照而降解，但研究人员发现，当这些营养素被包裹在颗粒中时，它们可以经受住在沸水中暴露两个小时的考验。

他们还发现，即使在高温和高湿度条件下储存 6 个月，一半以上的封装维生素也不会受到破坏。

为了证明这种微粒在强化食品方面的潜力，研究人员将其加入了许多非洲国家经常食用的肉汤块中。 他们发现，将这些微粒加入肉汤后，经过两个小时的沸煮，营养成分依然完好无损。

Jaklenec说："肉汤是撒哈拉以南非洲地区的主食配料，为改善这些地区数十亿人口的营养状况提供了重要机会。"

在这项研究中，研究人员还通过将微粒暴露于培养的人类肠道细胞并测量其对细胞的影响来测试微粒的安全性。 研究人员发现，按照食品添加剂的剂量，这些微粒不会对细胞造成任何损害。

为了探索这种微粒是否能够取代经常添加到清洁剂中的微珠，研究人员将这种微粒与肥皂泡沫混合。 他们发现，这种混合物能比单独使用肥皂更有效地去除皮肤上的永久性记号笔和防水眼线笔。

研究人员发现，混合了新型微塑料的肥皂也比含有聚乙烯微珠的清洁剂更有效。 他们还发现，新型可生物降解微粒在吸收重金属等潜在有毒元素方面做得更好。

张说："我们希望以此作为第一步，展示如何开发一类新材料，从现有材料类别中扩展，然后将其应用于不同的应用领域。"

在雅诗兰黛公司的资助下，研究人员目前正致力于进一步测试微珠作为清洁剂和其他潜在用途的效果，并计划在今年晚些时候进行一次小型人体试验。 他们还在收集可用于向美国食品药品管理局申请 GRAS（一般认为安全）分类的安全数据，并计划对添加了微粒的食品进行临床试验。

研究人员希望他们的工作能有助于大幅减少保健和美容产品向环境中释放的微塑料数量。

"这只是更广泛的微塑料问题中的一小部分，但作为一个社会，我们开始认识到问题的严重性。 这项工作为解决这一问题迈出了一步，"Jaklenec 说。"聚合物在我们日常生活中的无数应用中非常有用，而且必不可少，但它们也有缺点。 这是我们如何减少其中一些负面影响的一个例子。"

编译自/ScitechDaily