許多塑膠製品僅使用數分鐘或數小時，但其材質卻可能在環境中殘留數十年甚至數百年。研究人員現正探索另一種方法：設計能在啟動後自行分解的塑膠。
這種被稱為「活體塑膠」的材料，內含休眠的微生物，能夠降解周圍的聚合物。在一篇發表於《ACS Applied Polymer Materials》的研究中，科學家開發出一種版本，能在六天內完全分解，且不產生微塑膠。
該論文的通訊作者朱卓君（Zhuojun Dai）解釋說：「傳統塑膠會殘留數百年，而許多應用，如包裝，卻是短暫的，這促使我們思考：我們能否將分解功能直接建構到材料的生命週期中？」
將微生物轉化為內建的處理系統
有些微生物自然會產生酵素，將長鏈聚合物切割成較小的片段。由於塑膠是由聚合物製成，研究人員一直在探討是否能將這些酵素，或產生這些酵素的微生物，直接嵌入塑膠材料中。
戴解釋說：「透過嵌入這些微生物，塑膠可以有效地『活化』並依指令自毀，將耐用性從一個問題轉變為一個可程式化的特性。」
早期的活體塑膠設計常依賴單一酵素，這限制了材料分解的效率。為了改進此過程，戴、耿瑾（Jin Geng）、齊殿鵬（Dianpeng Qi）及其同事改造了枯草桿菌（Bacillus subtilis），使其產生兩種協同作用的聚合物降解酵素。
第一種酵素會在長鏈聚合物上隨機切割點，將其縮短成較短的片段。第二種酵素則從這些片段的末端開始作用，將它們進一步分解成個別的單體組成單元。
研究人員將休眠的枯草桿菌孢子與聚己內酯（一種常見於3D列印和某些手術縫線的聚合物）結合。將細菌保持在孢子狀態，可以保護它們，直到團隊準備好開始分解過程。
製成的活體塑膠具有與普通聚己內酯薄膜相似的機械性能。在正常條件下，它保持堅固且功能正常，這表明添加孢子並未顯著削弱材料。
為了啟動細菌，團隊添加了加熱至攝氏50度（華氏122度）的營養液。孢子隨即活化並開始產生兩種酵素。在六天內，塑膠完全分解成其基本組成單元。
由於酵素按順序作用，材料並非簡單地碎裂成更小的塑膠碎片。此過程足夠有效率，可防止在分解過程中形成微塑膠。
為了展示實際應用，研究人員使用這種活體材料製成了一種可穿戴的塑膠電極。該裝置按預期工作，並在啟動後兩週內完全分解。
此結果表明，活體塑膠最終可用於需要短期耐用性，但在廢棄後不應持續存在的產品中。
將技術擴展到其他塑膠
該團隊現在希望開發一種能在水中啟動細菌孢子的方法，因為水中是塑膠污染積聚的重要場所。
儘管實驗集中於單一聚合物，但研究人員認為，相同的通用策略可以適用於其他材料，包括廣泛用於一次性產品的塑膠。
作者感謝中國國家重點研發計畫、深圳市醫學研究基金會、中國國家自然科學基金會、廣東省傑出青年科學基金以及深圳市科技計畫的資助。
