数十亿吨的塑料垃圾充斥着我们的地球。它们大部分堆积在陆地上，沉入海洋，或分解成微小的颗粒，即微塑料，污染空气和水，渗入植物以及人类和动物的血液。塑料带来的威胁每年都在加剧，因为它们是由大量分子组成的，这些分子被称为聚合物，具有抗生物降解性。目前，可生物降解塑料占塑料总产量的不到五分之一，分解它们所需的过程仍然相对繁琐。
在一项发表在ACS Nano上的研究中，魏茨曼科学研究所分子化学和材料科学系的Angelica Niazov-Elkan博士、Haim Weissman博士和Boris Rybtchinski教授创造了一种新的复合塑料，可以利用细菌轻松降解。这种新材料是通过将可生物降解的聚合物与生物物质的晶体结合在一起而产生的，具有三大优点：价格便宜、易于制备且非常坚固。参与这项研究的还有已故的 Eyal Shimoni 博士、XiaoMeng Sui 博士、Yishay Feldman 博士和 H. Daniel Wagner 教授。
目前，许多行业都在积极采用复合塑料，这种塑料由两种或多种纯材料组合而成，具有轻便、强度高等各种有益特性。这些塑料现在用于制造各种工业产品的关键部件，从飞机、汽车到自行车。
为了创造一种既能满足工业需求又对环境友好的复合塑料，魏兹曼的研究人员决定专注于性能可以改善的普通、廉价的原材料。他们发现酪氨酸分子（一种普遍存在的氨基酸，可形成非常坚固的纳米晶体）可以用作可生物降解复合塑料的有效成分。在研究了酪氨酸如何与几种聚合物结合后，他们选择了羟乙基纤维素，一种纤维素衍生物，广泛用于制造药物和化妆品。
羟乙基纤维素本身是一种易分解的弱材料。为了将其与酪氨酸结合，将两种材料在沸水中混合。当它们冷却并干燥时，形成了一种非常坚固的复合塑料，由纤维状酪氨酸纳米晶体制成，这些纳米晶体长入羟乙基纤维素并与之结合。在一项揭示新塑料强度的实验中，0.04 毫米厚的材料条可承受 6 公斤的负载。
此外，该团队发现这种新材料还有其他几个独特的特性，使其在工业上更有用。通常，当材料被强化时，它会失去可塑性。
这种新型复合材料，除了非常坚固外，其延展性（可塑性）也优于其核心成分——羟乙基纤维素。换句话说，将这两种材料结合在一起产生了协同效应，这种效应体现在出现了非凡的属性，从而具有巨大的工业潜力。
由于纤维素和酪氨酸（其晶体可以在各种类型的硬奶酪中找到）都是可食用的，因此这种可生物降解的复合塑料实际上可以食用。它是否也好吃？我们将不得不等待才能知道：由于实验室中的生产过程对于食品来说不够卫生，研究人员尚未尝试。
Rybtchinski 总结道：“我们已经开始的后续研究可以提高这种新材料的商业潜力，因为我们用工业中更常见的熔化代替了在水中煮沸。这意味着我们要加热可生物降解的聚合物，直到它们变成液体，然后混入酪氨酸或其他合适的材料。如果我们能够克服这一过程中的科学和技术挑战，我们将能够探索以工业规模生产这种新型复合塑料的可能性。”
参考文献：“Emergent Self-Assembly of Sustainable Plastics Based on Amino Acid Nanocrystals” by Angelica Niazov-Elkan, Haim Weissman, Eyal Shimoni, XiaoMeng Sui, Yishay Feldman, H. Daniel Wagner and Boris Rybtchinski, 23 October 2023, ACS Nano.