數十億噸的塑料垃圾充斥著我們的地球。它們大部分堆積在陸地上，沉入海洋，或分解成微小的顆粒，即微塑料，汙染空氣和水，滲入植物以及人類和動物的血液。塑料帶來的威脅每年都在加劇，因為它們是由大量分子組成的，這些分子被稱為聚合物，具有抗生物降解性。目前，可生物降解塑料佔塑料總產量的不到五分之一，分解它們所需的過程仍然相對繁瑣。
在一項發表在ACS Nano上的研究中，魏茨曼科學研究所分子化學和材料科學系的Angelica Niazov-Elkan博士、Haim Weissman博士和Boris Rybtchinski教授創造了一種新的複合塑料，可以利用細菌輕鬆降解。這種新材料是通過將可生物降解的聚合物與生物物質的晶體結合在一起而產生的，具有三大優點：價格便宜、易於製備且非常堅固。參與這項研究的還有已故的 Eyal Shimoni 博士、XiaoMeng Sui 博士、Yishay Feldman 博士和 H. Daniel Wagner 教授。
目前，許多行業都在積極採用複合塑料，這種塑料由兩種或多種純材料組合而成，具有輕便、強度高等各種有益特性。這些塑料現在用於製造各種工業產品的關鍵部件，從飛機、汽車到自行車。
為了創造一種既能滿足工業需求又對環境友好的複合塑料，魏茲曼的研究人員決定專注於性能可以改善的普通、廉價的原材料。他們發現酪氨酸分子（一種普遍存在的氨基酸，可形成非常堅固的納米晶體）可以用作可生物降解複合塑料的有效成分。在研究了酪氨酸如何與幾種聚合物結合後，他們選擇了羥乙基纖維素，一種纖維素衍生物，廣泛用於製造藥物和化妝品。
羥乙基纖維素本身是一種易分解的弱材料。為了將其與酪氨酸結合，將兩種材料在沸水中混合。當它們冷卻並乾燥時，形成了一種非常堅固的複合塑料，由纖維狀酪氨酸納米晶體制成，這些納米晶體長入羥乙基纖維素並與之結合。在一項揭示新塑料強度的實驗中，0.04 毫米厚的材料條可承受 6 公斤的負載。
此外，該團隊發現這種新材料還有其他幾個獨特的特性，使其在工業上更有用。通常，當材料被強化時，它會失去可塑性。
這種新型複合材料，除了非常堅固外，其延展性（可塑性）也優於其核心成分——羥乙基纖維素。換句話說，將這兩種材料結合在一起產生了協同效應，這種效應體現在出現了非凡的屬性，從而具有巨大的工業潛力。
由於纖維素和酪氨酸（其晶體可以在各種類型的硬奶酪中找到）都是可食用的，因此這種可生物降解的複合塑料實際上可以食用。它是否也好吃？我們將不得不等待才能知道：由於實驗室中的生產過程對於食品來說不夠衛生，研究人員尚未嘗試。
Rybtchinski 總結道：“我們已經開始的後續研究可以提高這種新材料的商業潛力，因為我們用工業中更常見的熔化代替了在水中煮沸。這意味著我們要加熱可生物降解的聚合物，直到它們變成液體，然後混入酪氨酸或其他合適的材料。如果我們能夠克服這一過程中的科學和技術挑戰，我們將能夠探索以工業規模生產這種新型複合塑料的可能性。”
參考文獻：“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.