有大量的塑料进入水体，需要数百年才能分解，塑料污染和微塑料几乎无处不在，从空气到海洋，数量庞大。可堆肥塑料，例如玉米基塑料杯和吸管，有时被吹捧为可行的解决方案，但如果没有合适的堆肥基础设施，它们最终会进入垃圾填埋场。
为了阻止我们的海洋被更多塑料充斥，科学家们正在寻找使塑料快速分解的关键，并将它们融入塑料的配方中。加州大学伯克利分校材料科学与工程学和化学教授 Ting Xu 和她的研究团队正在研究可生物利用的解决方案，这些解决方案将允许一次性塑料在易于达到的条件下生物降解。在一项新研究中，他们描述了如何使用创新的聚合涂层包裹酶，将酶融入生物塑料中，使其更容易在家中堆肥。
“所以，我一直相信大自然 [已经] 教给我们一切……我们只需要适应它，”Xu 说。她说，可生物降解，仅仅意味着塑料聚合物有一个可以被某种方式破坏的化学骨架。她实验室的新研究表明，他们已经找到了一种利用生物学（以带有聚合涂层的常见酶的形式）来制造遇热遇水即可降解的塑料的方法。
这种新型易生物降解塑料是通过在制造塑料的过程中将包裹在随机杂多聚物中的酶编织进去来制成的。这些聚合物简称 RHP，它们包裹着酶，使其不会散开并失去活性。Xu 说，之前试图在没有 RHP 帮助的情况下将酶埋入塑料中，会导致塑料中形成大块团，使材料“几乎像菲达奶酪”。
一旦塑料变湿，聚合物包裹就会脱落，释放酶开始“吞噬”塑料。在这项研究中，他们使用两种用于可生物降解塑料的聚酯聚合物进行了此过程的测试：聚己内酯和聚乳酸。添加包裹在 RHP 中的酶并没有改变塑料的特性，但仍然允许它们在产品使用寿命结束时快速降解。在室温水缸中静置一周，80% 的聚乳酸纤维就降解了。在 104 华氏度的工业堆肥温度下，聚己内酯在两天内就降解了。
虽然这项研究在两种不同的聚酯聚合物上测试了两种不同的酶，但密歇根州立大学化学工程和材料科学教授 Ramani Narayan（未参与本研究）指出，一些酶在足够高的温度下会停止工作，因此这种方法在实践中可能不太有效。Xu 表示，这些特定的酶在较高的塑料制造温度下似乎仍然效果良好。但研究人员将会在更高的温度下测试由其他塑料制成的样品，以了解酶的耐受能力。
展望未来，这些酶将被添加到新塑料中——已经放在垃圾箱里的旧塑料并不会因在上面撒上酶而获得太大好处。如果酶只是停留在塑料表面，它们的作用面积将非常有限。塑料的结构也使得其难以分解。“可生物降解塑料是半结晶的，”Xu 说，这使得酶很难接触并分解结构。将酶包含在塑料结构本身中，可以使酶接触到这些更有序的链。
Narayan 说，重要的是要认识到塑料的分解不仅仅是塑料本身的特性，还取决于它最终所处环境的条件。有必要同时考虑塑料及其最终去向的环境，而不是将“聚合物改性独立于接收的生物系统”来对待。这意味着可生物降解塑料的研究不仅需要评估材料的降解情况，还需要评估其设计降解环境的特征。例如，设计用于工业堆肥设施中降解的塑料，当其最终被倾倒在淡水中时，其表现不会相同，但这并不意味着它不可生物降解。毕竟，即使是最好的食谱，如果在不合适的温度下烹饪，也会变得很糟糕。
幸运的是，Xu 说，使这种塑料如此易于降解的酶价格并不昂贵。她的一个前学生还创办了一家公司，他正努力投入更多时间开发这些可生物降解塑料，以便在不久的将来，工业合作伙伴甚至消费者都能参与到更可持续的一次性塑料配方中。
