摻入微生物，新型可自毀塑料問世

IT之家 5 月 4 日消息，研究人員研發出一種可按指令自毀的新型塑料，這類材料在聚合物中摻入了可被激活、能夠降解塑料的微生物。

據IT之家了解，研究團隊選用兩種協同作用的菌株，僅用六天就將材料完全降解，且不會產生微塑料。

研究人員還指出，許多微生物能夠利用酶將長聚合物鏈分解為小分子片段。由于塑料本身就是聚合物，這類酶或是能夠分泌酶的微生物，便可被植入活性塑料之中。

該論文通訊作者代卓君（Zhuojun Dai，音譯）表示：“通過植入這類微生物，塑料能夠真正實現‘具備生命特性’，并可按指令自行降解，將原本棘手的耐用性問題，轉變為一項可編程功能�！�

“傳統塑料可存續數百年，而包裝等諸多應用場景的使用周期卻十分短暫，基于這一現實，我們不禁思考：能否將降解特性直接融入材料的生命周期中？”

研究團隊還提到，塑料應用范圍極廣，但自身難降解的特性已引發嚴重的環境與生態隱患。合成生物學的最新進展，讓搭載芽孢的活性塑料研發成為可能。

研究人員強調，這類活性塑料在微生物芽孢休眠狀態下可正常使用，芽孢一經激活便會啟動材料降解。不過，單一芽孢桿菌菌株和單一酶體系的降解效率仍存在局限。

研究團隊在研究中表示：“為攻克這一難題，我們研制出了菌群復合式活性塑料�！�

“研究人員對枯草芽孢桿菌進行單獨基因編輯，植入誘導型基因回路，使其能夠分泌兩種互補的塑料降解酶：南極假絲酵母脂肪酶，負責隨機斷裂聚合物鏈；洋蔥伯克霍爾德菌脂肪酶，負責持續性解聚，同時可誘導菌體形成芽孢�！�

團隊補充道，他們還利用這種菌群復合活性塑料，進一步制備出可彎折、可降解的柔性電子器件，能夠檢測人體肌電信號。該研究為通過程序化協同生物系統治理塑料污染，提供了可行思路。

研究團隊將處于休眠芽孢狀態的枯草芽孢桿菌，與聚己內酯（一種常用于 3D 打印和部分手術縫合線的聚合物）混合，可在微生物被啟用前對其形成保護。

制成的活性塑料，力學性能與普通聚己內酯薄膜相近。但一旦加入 50 攝氏度的營養培養液，芽孢便會被激活，僅六天就能將塑料徹底分解為基礎結構單元。據相關新聞通稿介紹，兩種酶的協同降解效率極高，甚至能從源頭避免降解過程中產生微塑料顆粒。

研究人員透露，作為概念驗證實驗，他們利用這種活性塑料制作了一款可穿戴塑料電極，設備性能達到預期，且能在兩周內完全降解。

過往相關研究大多僅依賴單一酶發揮作用，而本次研究團隊通過基因改造，讓枯草芽孢桿菌分泌兩種可協同作用的聚合物降解酶。其中一種酶如同隨機切割機，將長長的聚合物鏈剪切成小段；另一種酶則從鏈段兩端逐步分解，最終將其消化為單體基礎單元。

未來，研究人員希望研發出可在水體中激活芽孢的觸發機制 —— 水體也是塑料污染最主要的匯集地。盡管本次研究僅針對一種聚合物，但這套思路同樣適用于其他塑料品類，包括常見的一次性塑料。