人类制造的塑料垃圾给我们地球以及生活在地球上的其他生物带来了很大的压力。这些不可生物降解的材料在使用后被丢弃的数量只会一直增加,所以我们需要新的方法来处理它们,而且要快。
一项新的研究展示了一种全新的塑料回收方法的概念,其灵感来自大自然“回收”我们环境中存在的有机聚合物成分的方式。
有机聚合物中的蛋白质会不断分解成不同的部分,然后重新组装成不同的蛋白质,而不会失去组成部分的质量。从本质上说,当谈到回收塑料——一种合成聚合物——而不降解它时,我们必须考虑更小。
蛋白质是主要的有机化合物之一,是一切生物的组成部分。它们是被称为氨基酸的长链分子(或单体),研究人员认为,这些分子被分解和重新配置的方式暗示了一种回收合成聚合物的潜在策略。
“蛋白质就像一串珍珠,每颗珍珠都是一种氨基酸。”瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)的材料科学家Simone Giaveri说。
“每颗珍珠都有不同的颜色,颜色顺序决定了珍珠的结构,从而决定了珍珠的属性。在自然界中,蛋白质链分解成氨基酸,细胞将这些氨基酸重新组合在一起,形成新的蛋白质——也就是说,它们创造出新的珍珠串,其颜色顺序不同。”
研究人员称他们的方法为“受自然启发的循环经济利用”,简称NaCRe。
在实验室测试中,该团队能够将选定的蛋白质分成氨基酸,然后将它们组装成具有不同结构和用途的新蛋白质。在一个案例中,他们将丝质蛋白质转化为绿色荧光蛋白,这是一种用于生物医学研究的发光示踪剂。尽管进行了这种解构和重构,蛋白质的质量仍然保持不变。
根据该团队的分析,蛋白质的自然分解、合成的机制也可以应用于塑料,尽管开发和扩大必要的技术还需要一些时间。
天然聚合物和合成聚合物之间存在着很大的差异,但研究人员表示,这种新的回收方法是可行的,而且会使材料在尽可能长的时间内得到使用。
来自EPFL的材料科学家Francesco Stellacci说:“这需要一种完全不同的思维方式。”“聚合物是珍珠串,但合成聚合物主要是由相同颜色的珍珠组成,当颜色不同时,颜色的顺序没有多大关系。”
“此外我们没有有效的方法来组装不同颜色珍珠的合成聚合物,以控制它们的顺序。”
即使是生物可降解塑料也会产生废渣,在回收过程结束后,这些废渣必须被储存或掩埋,这通常会对土地使用和污染造成连锁反应。新战略可能有助于解决这一问题。
研究人员估计,在人均70年的寿命中,一个人平均扔掉约2吨塑料——考虑到地球上现在有近80亿人,这是一个灾难性的数字。
虽然我们在解决塑料污染问题上取得了一些进展,但目前还远远不够。如果我们要阻止塑料对我们的世界和我们的健康造成进一步的破坏,就需要在思维和行动上进行根本性的转变。
Stellacci说:“在未来,可持续发展将需要把升级改造推到极致,把很多不同的物体扔在一起,然后回收这些混合物,生产出新的材料。”“大自然已经这样做了。”
这项研究发表在《先进材料》杂志上。
(独家编译:科幻世界)
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