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閱讀量：4730      我要評論

　　塑料污染正讓全球海洋“窒息”，而大多數所謂的可生物降解塑料在深海環境中表現不佳。如今，日本研究人員研發出一種新型生物塑料，即便在海底極端環境下也能分解。

　　這種以乳酸基材料制成的塑料，在近900米深的海水中放置13個月后，降解率超過80%。這一發現標志著在海洋安全材料和長期污染治理策略方面取得了重大進展。

　　1.全球塑料難題

　　據經濟合作與發展組織(OECD)數據顯示，2019年全球產生約3.53億噸塑料垃圾。令人擔憂的是，其中約170萬噸進入河流、湖泊和海洋等水生環境，且往往最終匯集到海洋環流形成的“垃圾帶”中，在那里留存數十年甚至數百年。

　　這些塑料堆積區會導致毒素累積、危害海洋生物，并對全球食物鏈造成影響。研發可生物降解替代材料的需求從未如此迫切。

　　2.生物塑料突破：聚(D-乳酸-共-3-羥基丁酸酯)(LAHB)

　　傳統聚乳酸(PLA)在海洋環境中難以降解，而LAHB生物塑料則能自然降解。該新型聚合物由信州大學水再生研究所的田口誠一教授團隊研發，具有良好的環境相容性。

　　這項發表在《Polymer Degradation and Stability》期刊上的研究表明，LAHB即便在低溫、低氧、營養匱乏的深海環境中也能分解。這為研發契合自然循環的塑料(即便在極端條件下)開辟了道路。

　　3.海底實地測試

　　為測試這種生物塑料的性能，研究人員在日本初島附近海域部署了樣本薄膜，將其沉入855米深的海底。該深度的環境條件——溫度3.6℃、高鹽度、低氧、營養匱乏——會大幅減緩微生物活動，使生物降解變得極具挑戰性。

　　測試了兩種LAHB：

　　P6LAHB：含6%乳酸單元

　　P13LAHB：含13%乳酸單元

　　同時，將PLA薄膜作為對照樣本。P13LAHB在7個月后重量損失30.9%，13個月后達82.4%；P6LAHB同期損失42.4%和69.0%，降解速率約為PHBV的兩倍。而PLA樣本幾乎未發生變化。

　　“這是我們觀察到塑料在如此深的海域能被主動生物降解并完全礦化，”田口教授表示。

　　a 乳酸(Lactate，LA)

　　b 重均分子量(Mw)、數均分子量(Mn)以及多分散指數(Mw/Mn)通過凝膠滲透色譜法(GPC)測定。

　　c 玻璃化轉變溫度(Tg)、熔融溫度(Tm)、每克聚合物的熔融焓(ΔHm)通過差示掃描量熱法(DSC)測定。未測定(ND，not determined)。

　　4.微生物作用機制：LAHB如何分解

　　LAHB的分解過程依賴微生物的作用。研究人員通過掃描電子顯微鏡觀察發現，LAHB薄膜表面形成了微生物生物膜——細菌聚集體。相比之下，PLA薄膜表面未發現微生物定植。

　　參與分解的微生物群落包括多個關鍵類群：

　　γ-變形菌綱——包括科爾韋爾氏菌屬、假蛀木桿菌屬、Agarilytica屬和UBA7957屬

　　α-變形菌綱

　　脫硫桿菌門

　　這些微生物產生的酶會逐步將塑料聚合物分解為小分子：

　　解聚酶將長鏈切割為三聚體和二聚體；

　　水解酶(如PhaZ2酶)將這些單元分解為單體；

　　最終分解將單體轉化為二氧化碳、水和其他無害化合物。

　　這種被稱為“塑料圈”的生態系統，能將合成材料轉化為自然元素。

　　5.為何PLA存在局限性

　　盡管PLA是一種廣泛使用的生物塑料，但它僅能在工業堆肥條件下降解——通常需要高溫和高濕度環境。在深海這樣的低溫、高壓環境中，PLA完全不發生反應。

　　這種難降解性加劇了海洋垃圾的持久性。相比之下，LAHB在同樣惡劣的條件下不僅能降解，還能完全礦化，因此是更利于海洋環境的替代材料。

　　6.對可持續發展和生物經濟的意義

　　這項研究的意義深遠。LAHB有望應用于以下領域：

　　海洋安全包裝和運輸材料

　　漁具和水產養殖工具

　　沿海旅游用可降解容器

　　此外，它還能助力實現更廣泛的目標——構建循環生物經濟，使材料不僅具有可再生性，還能無害地重新融入自然循環。

　　“證實LAHB在海底的降解能力，讓我們離研發出與自然和諧共生而非對立的塑料更近了一步，”田口教授指出。

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