研究人员研发出一种自毁型活体塑料，利用工程细菌在激活后实现完全自我降解。该材料仅需六天即可降解，且不产生微塑料，为一次性塑料废弃物提供了一种潜在的全新解决方案。
这些材料被称为“活体塑料”，内含能够降解周围聚合物的休眠微生物。在发表于《ACS应用聚合物材料》的一项研究中，科学家开发出一种能在六天内完全分解且不产生微塑料的变体。
该论文的通讯作者戴卓军解释说：“意识到传统塑料会存续数百年，而包装等许多应用却寿命短暂，这促使我们发问：我们能否将降解功能直接植入材料的生命周期中？”
将微生物转化为内置处置系统
某些微生物能天然产生酶，将长聚合物链切割成较小的片段。由于塑料由聚合物制成，研究人员一直在探究能否将这些酶或产生这些酶的微生物直接嵌入塑料材料中。
戴解释道：“通过嵌入这些微生物，塑料可以有效地‘活过来’并按指令自毁，从而将耐久性从一个问题转变为一种可编程特性。”
早期的活体塑料设计通常依赖单一酶，这限制了材料被分解的效率。为了改进这一过程，戴卓军、耿进、齐殿鹏及其同事对枯草芽孢杆菌进行了工程化改造，使其产生两种协同工作的聚合物降解酶。
第一种酶在随机位点切断长聚合物链，将其还原为较短的链段。第二种酶随后从这些片段的末端开始作用，将其进一步分解为单个的单体结构单元。
六天内完全分解
研究人员将休眠的枯草芽孢杆菌孢子与聚己内酯（一种常用于3D打印和某些手术缝合线的聚合物）混合。使细菌保持孢子形态可以保护它们，直到团队准备开始降解过程。
制成的活体塑料具有与普通聚己内酯薄膜相似的机械性能。它在正常条件下保持坚固且功能完好，表明添加孢子并未显著削弱材料强度。
为了激活细菌，团队加入了加热至122华氏度（50摄氏度）的营养液。孢子随之活化并开始产生这两种酶。在六天内，塑料已完全降解为其基本结构单元。
由于酶的依次作用，材料并未简单地崩解为较小的塑料碎片。该过程效率极高，足以防止分解过程中微塑料的形成。
可消失的可穿戴设备
为了展示潜在的实际应用，研究人员利用这种活体材料制作了一种可穿戴塑料电极。该设备按预期运行，并在激活后两周内完全降解。
这一结果表明，活体塑料最终可用于那些需要在有限时间内保持耐用性、但在废弃后不应长期残留的产品。
将技术扩展至其他塑料
该团队目前希望开发一种能在水中激活细菌孢子的方法，因为相当一部分塑料污染积聚于水中。
尽管实验集中于单一聚合物，但研究人员相信，同样的通用策略可适用于其他材料，包括广泛用于一次性产品的塑料。
作者感谢国家重点研发计划、深圳市医学研究基金、国家自然科学基金、广东省杰出青年科学基金以及深圳市科技计划的资助。