生物降解塑料新突破，可在深海中降解的LAHB

2025-07-29 11:19:28生物塑料研究院阅读量：14951      我要评论

　　塑料污染正让全球海洋“窒息”，而大多数所谓的可生物降解塑料在深海环境中表现不佳。如今，日本研究人员研发出一种新型生物塑料，即便在海底极端环境下也能分解。

　　这种以乳酸基材料制成的塑料，在近900米深的海水中放置13个月后，降解率超过80%。这一发现标志着在海洋安全材料和长期污染治理策略方面取得了重大进展。

　　1.全球塑料难题

　　据经济合作与发展组织(OECD)数据显示，2019年全球产生约3.53亿吨塑料垃圾。令人担忧的是，其中约170万吨进入河流、湖泊和海洋等水生环境，且往往最终汇集到海洋环流形成的“垃圾带”中，在那里留存数十年甚至数百年。

　　这些塑料堆积区会导致毒素累积、危害海洋生物，并对全球食物链造成影响。研发可生物降解替代材料的需求从未如此迫切。

　　2.生物塑料突破：聚(D-乳酸-共-3-羟基丁酸酯)(LAHB)

　　传统聚乳酸(PLA)在海洋环境中难以降解，而LAHB生物塑料则能自然降解。该新型聚合物由信州大学水再生研究所的田口诚一教授团队研发，具有良好的环境相容性。

　　这项发表在《Polymer Degradation and Stability》期刊上的研究表明，LAHB即便在低温、低氧、营养匮乏的深海环境中也能分解。这为研发契合自然循环的塑料(即便在极端条件下)开辟了道路。

　　3.海底实地测试

　　为测试这种生物塑料的性能，研究人员在日本初岛附近海域部署了样本薄膜，将其沉入855米深的海底。该深度的环境条件——温度3.6℃、高盐度、低氧、营养匮乏——会大幅减缓微生物活动，使生物降解变得极具挑战性。

　　测试了两种LAHB：

　　P6LAHB：含6%乳酸单元

　　P13LAHB：含13%乳酸单元

　　同时，将PLA薄膜作为对照样本。P13LAHB在7个月后重量损失30.9%，13个月后达82.4%；P6LAHB同期损失42.4%和69.0%，降解速率约为PHBV的两倍。而PLA样本几乎未发生变化。

　　“这是我们观察到塑料在如此深的海域能被主动生物降解并完全矿化，”田口教授表示。

　　a 乳酸(Lactate，LA)

　　b 重均分子量(Mw)、数均分子量(Mn)以及多分散指数(Mw/Mn)通过凝胶渗透色谱法(GPC)测定。

　　c 玻璃化转变温度(Tg)、熔融温度(Tm)、每克聚合物的熔融焓(ΔHm)通过差示扫描量热法(DSC)测定。未测定(ND，not determined)。

　　4.微生物作用机制：LAHB如何分解

　　LAHB的分解过程依赖微生物的作用。研究人员通过扫描电子显微镜观察发现，LAHB薄膜表面形成了微生物生物膜——细菌聚集体。相比之下，PLA薄膜表面未发现微生物定植。

　　参与分解的微生物群落包括多个关键类群：

　　γ-变形菌纲——包括科尔韦尔氏菌属、假蛀木杆菌属、Agarilytica属和UBA7957属

　　α-变形菌纲

　　脱硫杆菌门

　　这些微生物产生的酶会逐步将塑料聚合物分解为小分子：

　　解聚酶将长链切割为三聚体和二聚体；

　　水解酶(如PhaZ2酶)将这些单元分解为单体；

　　最终分解将单体转化为二氧化碳、水和其他无害化合物。

　　这种被称为“塑料圈”的生态系统，能将合成材料转化为自然元素。

　　5.为何PLA存在局限性

　　尽管PLA是一种广泛使用的生物塑料，但它仅能在工业堆肥条件下降解——通常需要高温和高湿度环境。在深海这样的低温、高压环境中，PLA完全不发生反应。

　　这种难降解性加剧了海洋垃圾的持久性。相比之下，LAHB在同样恶劣的条件下不仅能降解，还能完全矿化，因此是更利于海洋环境的替代材料。

　　6.对可持续发展和生物经济的意义

　　这项研究的意义深远。LAHB有望应用于以下领域：

　　海洋安全包装和运输材料

　　渔具和水产养殖工具

　　沿海旅游用可降解容器

　　此外，它还能助力实现更广泛的目标——构建循环生物经济，使材料不仅具有可再生性，还能无害地重新融入自然循环。

　　“证实LAHB在海底的降解能力，让我们离研发出与自然和谐共生而非对立的塑料更近了一步，”田口教授指出。

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