作者段跃初

2025年11月，国际顶级期刊《自然·化学》（Nature Chemistry）刊登了一项来自美国罗格斯大学的突破性研究——科研团队模仿天然聚合物结构，研发出一种能在常温常压下按预设时间自然降解的新型塑料，其降解速度最快可比传统塑料快数千倍，且降解时间能从数天到数年灵活调整，为解决全球“白色污染”难题提供了全新方案。

全球塑料污染早已成为不容忽视的环境危机。数据显示，2023年全球塑料总产量达4.138亿吨，其中回收比例不足10%，大量塑料垃圾被填埋、焚烧或直接排入自然环境。传统石油基塑料如聚丙烯（PP）、高密度聚乙烯（HDPE）等，在自然环境中降解需30年至200年不等，残留在土壤中的塑料会阻碍农作物吸收养分和水分，导致玉米、小麦等减产；海洋中的塑料垃圾则会被海洋生物误食，引发消化道堵塞甚至死亡。长期以来，科学家们始终在寻找能兼顾实用性与环保性的塑料替代品，但传统可降解塑料要么需要高温高压等特殊条件才能降解，要么在使用过程中强度不足，难以满足实际需求。

罗格斯大学的研究团队另辟蹊径，从生物大分子的自我降解机制中寻找灵感。研究负责人Yuwei Gu教授团队发现，天然聚合物之所以能高效降解，关键在于其分子结构中相邻基团的“空间预排列”——就像提前折叠好的纸张，能沿着折痕轻松撕裂。基于这一原理，他们在新型塑料分子中嵌入了特殊的“辅助基团”，通过精准调控这些基团的空间位置和排列方向，让塑料分子链在常温常压下就能沿着预设“路径”断裂。

“我们的设计思路类似于给塑料装了一个‘定时开关’。”团队成员Shaozheng Yin解释道。实验数据显示，通过调整辅助基团的排列方式，新型塑料的降解速度可实现跨数量级调控：用于食品包装的薄膜款，在自然环境中数天内就能完全降解；而用于汽车零件的高强度款，能保持数年稳定性能，报废后再逐步分解。更重要的是，这种调控无需改变塑料中可断裂键的化学本质，也不会影响其物理性能——经测试，新型塑料的屈服强度、拉伸模量等指标与传统塑料相当，完全能满足日常使用需求。

为进一步提升降解的可控性，团队还开发了“触发式降解”功能。通过在塑料中加入对紫外线或金属离子敏感的基团，用户可根据需要启动降解过程：例如，农业用的塑料薄膜在作物收获后，只需喷洒含特定金属离子的溶液，就能在一周内快速降解；户外使用的塑料制品，经紫外线照射后也能加速分解。初步环境安全性测试表明，新型塑料的降解产物为小分子有机物，无毒无害，不会对土壤或水体造成二次污染，目前团队正与环保机构合作，开展长期生态影响评估。

事实上，全球科研界在可降解塑料领域的探索从未停歇。就在2025年5月，我国上海蓝晶微生物科技有限公司联合复旦大学、牛津大学等机构，在聚羟基脂肪酸酯（PHA）生产领域实现重大突破，创下300克/升的全球最高单罐产量，将PHA生产成本降至590美元/吨，使这种可在自然环境中快速降解的生物塑料具备了大规模量产的可能。PHA作为微生物发酵产生的天然高分子材料，降解效率是传统塑料的100倍，在土壤或海水环境中两周到半年内就能完全分解为二氧化碳和水，目前已被用于制作餐具、包装袋、3D打印材料等产品。

在塑料降解技术方面，我国科学家也取得了多项创新成果。2025年8月，华东师范大学姜雪峰教授团队在海南三亚开展的“光解塑料”实验取得阶段性成功——他们利用太阳光和海水中天然存在的铀238作为催化剂，在常温常压下将海洋塑料垃圾分解为高纯度单体，这些单体可直接用于合成新材料，实现“生产-应用-降解-再生”的循环闭环。目前，该技术已能分解30多种塑料，对混合了油污、泥沙的“原生态”塑料垃圾也有良好的降解效果，光解回收率达85%，相关设备已进入中试阶段。

中国科学院深圳先进技术研究院的科研团队则另辟蹊径，研发出一种“活”塑料。他们通过基因编辑技术改造枯草芽孢杆菌，使其产生能耐受极端环境的芽孢，并将分泌塑料降解酶的基因线路导入芽孢中，再将这些芽孢包埋到塑料基质中。在日常使用中，芽孢处于休眠状态，塑料保持稳定性能；一旦塑料被废弃进入土壤，芽孢就会被激活，分泌降解酶加速塑料分解。实验显示，这种“活”塑料在土壤中25-30天就能完全降解，而传统可降解塑料聚碳酸酯（PCL）则需要55天左右。

值得关注的是，针对深海等极端环境的塑料降解难题，国际科研团队也有新发现。2025年8月，日本信州大学和群马大学的研究人员证实，一种名为LAHB的乳酸基聚酯塑料，在855米深的深海环境中（水温3.6摄氏度、高盐度、低溶解氧）仍能高效降解。其中含13%乳酸的P13LAHB薄膜，在深海中浸泡7个月后减重30.9%，13个月后减重超过82%，而传统聚乳酸（PLA）薄膜在相同条件下无明显降解迹象。研究发现，深海中的伽马变形菌类等微生物会在LAHB塑料表面定殖，分泌特殊酶分解分子链，最终将其转化为二氧化碳和水。

从罗格斯大学的“定时降解”塑料，到我国的PHA量产技术、光解塑料，再到日本的深海可降解塑料，全球科研界正从不同维度破解白色污染难题。这些技术的突破不仅为塑料产业的绿色转型提供了新路径，也让人们看到了“无塑污染未来”的可能。随着技术的不断成熟和成本的逐步降低，未来我们或许能在超市买到可自然降解的食品包装袋，在农田看到可按需降解的塑料薄膜，在海洋中再也见不到漂浮的塑料垃圾——而这一切，都始于科学家们对“让塑料与自然和平共处”的不懈追求。

参考文献

Yin S, Zhang R, Zhou R, et al. Conformational preorganization of neighbouring groups modulates and expedites polymer self-deconstruction[J]. Nature Chemistry, 2025.

来源: 科普文迅