正在開(kāi)發(fā)之中的在海水中遇光就會(huì)分解的塑料（供圖：北陸尖端大學(xué)金子教授）

微塑料對(duì)海洋環(huán)境的影響越來(lái)越嚴(yán)重。據(jù)估計(jì)，世界上每年有數(shù)百萬(wàn)噸塑料垃圾流入海洋。到2050年，海洋中塑料垃圾的總重量將超過(guò)魚(yú)的總重量。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，人們一直在探索塑料的代替品，例如能夠通過(guò)微生物作用分解成水和二氧化碳的生物降解塑料等。然而，以往的生物降解性塑料在使用上缺乏足夠的耐用性，因此無(wú)法完全代替普通塑料。

包括北陸尖端大學(xué)的金子達(dá)雄教授等在內(nèi)由8個(gè)研究機(jī)構(gòu)組成的研究團(tuán)隊(duì)，目前正在共同開(kāi)發(fā)一種使用時(shí)結(jié)實(shí)、流入海洋后會(huì)又能被自然分解的塑料。照射到海里的陽(yáng)光起到“開(kāi)關(guān)”作用，海水和微生物進(jìn)入到分子中進(jìn)行分解。研究團(tuán)隊(duì)的最終設(shè)計(jì)目標(biāo)是，使用2種光催化劑，與從纖維芯及鞘（周邊）部分制造塑料的開(kāi)、關(guān)過(guò)程相反，通過(guò)生物分解塑料。

在鞘的部分混合的光催化劑，能在太陽(yáng)光照射時(shí)起到抗菌作用。通常使用時(shí)，該光催化劑會(huì)保護(hù)塑料纖維不受細(xì)菌侵害，從而不會(huì)發(fā)生分解。另一方面，芯的部分混合的光催化劑，在被陽(yáng)光照射時(shí)，會(huì)將水吸入到分子內(nèi)（親水性）。

當(dāng)這種雙重構(gòu)造的塑料流入大海，浮在海面時(shí)，太陽(yáng)光透過(guò)鞘受損的部分到達(dá)芯，產(chǎn)生親水性。由此，海水和微生物便能進(jìn)入芯中，進(jìn)行生物分解。鞘的部分不發(fā)生分解，不久便會(huì)沉入海中和海底。由于太陽(yáng)光無(wú)法到達(dá)海底，光催化劑的抗菌作用消失，從而使鞘的部分被生物分解，從而達(dá)到塑料纖維被分解的目的。

一般來(lái)說(shuō)，海洋深處是低溫、微生物少、難以進(jìn)行生物降解的環(huán)境，但這一課題也得到了克服。由于設(shè)計(jì)上只在有水和光的狀態(tài)下進(jìn)行分解，因此在使用時(shí)，即便被水稍微打濕，只要晾干就不會(huì)發(fā)生分解。

研究中，團(tuán)隊(duì)還使用通過(guò)植物分解制作的有機(jī)化合物，合成了生物分解性的尼龍。用1小時(shí)能照射相當(dāng)于1個(gè)月的太陽(yáng)光的水銀燈進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，開(kāi)發(fā)出的尼龍48小時(shí)就能輕易分解，或部分分解。

該研究項(xiàng)目于2020年啟動(dòng)，目前已確認(rèn)到，兩種光催化劑都能很好地發(fā)揮各自的作用。2023年，研究團(tuán)隊(duì)將進(jìn)行研究，確認(rèn)兩種光催化劑能否進(jìn)行組合并加以控制，并著手驗(yàn)證大量合成的可能性。經(jīng)過(guò)性能和安全性驗(yàn)證后，希望在2030年前實(shí)現(xiàn)部分用途上的實(shí)用化。

目標(biāo)是能廣泛應(yīng)用于服裝、購(gòu)物袋、漁業(yè)、農(nóng)業(yè)用器具等。金子教授表示：“放棄塑料不是必須的，重要的是要用不破壞生態(tài)系統(tǒng)的塑料來(lái)進(jìn)行替代?！?/p>

體內(nèi)安全性也得到了驗(yàn)證

金子教授等人的研究還有一個(gè)特征，就是賦予了塑料“可食性”，即使生物將其食用也是安全的。北海道大學(xué)和東京農(nóng)工大學(xué)在2022年12月證實(shí)了，微塑料中的添加劑會(huì)通過(guò)食物鏈被吸收到魚(yú)的肌肉和肝臟中，并積累起來(lái)。微塑料增加了海洋生物和人類(lèi)健康的風(fēng)險(xiǎn)。

一般來(lái)說(shuō)，即使塑料可生物降解，但進(jìn)入到生物的消化道內(nèi)也會(huì)對(duì)其健康造成危害。但金子教授等人正在開(kāi)發(fā)的生物降解性塑料，以氨基酸同等結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，有望在消化道內(nèi)也能得到安全降解。

研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了還原人類(lèi)腸內(nèi)環(huán)境，并加入塑料評(píng)價(jià)腸內(nèi)細(xì)菌代謝的方法。2023年以后，團(tuán)隊(duì)將使用海豚及加利福尼亞海獅的糞便進(jìn)行毒性評(píng)估等。如果能證實(shí)其高安全性，今后也可以考慮將其應(yīng)用在玩具及嬰兒用牙刷等對(duì)安全性有著高要求的產(chǎn)品上。

兼具高功能性及生物降解性的塑料，在世界上幾乎還沒(méi)有實(shí)用化的案例。如果能將其實(shí)現(xiàn)，便可通過(guò)回收進(jìn)行分解處理，即使流入海洋和土壤也能確保安全。日本也許能在引領(lǐng)循環(huán)型社會(huì)的新材料方面站到世界的最前沿。

日文：北川舞、《日經(jīng)產(chǎn)業(yè)新聞》、2023/2/10