掺入微生物，新型可自毁塑料问世

IT之家 5 月 4 日消息，研究人员研发出一种可按指令自毁的新型塑料，这类材料在聚合物中掺入了可被激活、能够降解塑料的微生物。

据IT之家了解，研究团队选用两种协同作用的菌株，仅用六天就将材料完全降解，且不会产生微塑料。

研究人员还指出，许多微生物能够利用酶将长聚合物链分解为小分子片段。由于塑料本身就是聚合物，这类酶或是能够分泌酶的微生物，便可被植入活性塑料之中。

该论文通讯作者代卓君（Zhuojun Dai，音译）表示：“通过植入这类微生物，塑料能够真正实现‘具备生命特性’，并可按指令自行降解，将原本棘手的耐用性问题，转变为一项可编程功能。”

“传统塑料可存续数百年，而包装等诸多应用场景的使用周期却十分短暂，基于这一现实，我们不禁思考：能否将降解特性直接融入材料的生命周期中？”

研究团队还提到，塑料应用范围极广，但自身难降解的特性已引发严重的环境与生态隐患。合成生物学的最新进展，让搭载芽孢的活性塑料研发成为可能。

研究人员强调，这类活性塑料在微生物芽孢休眠状态下可正常使用，芽孢一经激活便会启动材料降解。不过，单一芽孢杆菌菌株和单一酶体系的降解效率仍存在局限。

研究团队在研究中表示：“为攻克这一难题，我们研制出了菌群复合式活性塑料。”

“研究人员对枯草芽孢杆菌进行单独基因编辑，植入诱导型基因回路，使其能够分泌两种互补的塑料降解酶：南极假丝酵母脂肪酶，负责随机断裂聚合物链；洋葱伯克霍尔德菌脂肪酶，负责持续性解聚，同时可诱导菌体形成芽孢。”

团队补充道，他们还利用这种菌群复合活性塑料，进一步制备出可弯折、可降解的柔性电子器件，能够检测人体肌电信号。该研究为通过程序化协同生物系统治理塑料污染，提供了可行思路。

研究团队将处于休眠芽孢状态的枯草芽孢杆菌，与聚己内酯（一种常用于 3D 打印和部分手术缝合线的聚合物）混合，可在微生物被启用前对其形成保护。

制成的活性塑料，力学性能与普通聚己内酯薄膜相近。但一旦加入 50 摄氏度的营养培养液，芽孢便会被激活，仅六天就能将塑料彻底分解为基础结构单元。据相关新闻通稿介绍，两种酶的协同降解效率极高，甚至能从源头避免降解过程中产生微塑料颗粒。

研究人员透露，作为概念验证实验，他们利用这种活性塑料制作了一款可穿戴塑料电极，设备性能达到预期，且能在两周内完全降解。

过往相关研究大多仅依赖单一酶发挥作用，而本次研究团队通过基因改造，让枯草芽孢杆菌分泌两种可协同作用的聚合物降解酶。其中一种酶如同随机切割机，将长长的聚合物链剪切成小段；另一种酶则从链段两端逐步分解，最终将其消化为单体基础单元。

未来，研究人员希望研发出可在水体中激活芽孢的触发机制 —— 水体也是塑料污染最主要的汇集地。尽管本次研究仅针对一种聚合物，但这套思路同样适用于其他塑料品类，包括常见的一次性塑料。