奇妙的生物塑料

(加州圣巴巴拉)——塑料的廉价、多用途和耐用性是不可否认的，但在蓬勃发展的海洋物联网中，我们所知的塑料和海洋环境是一种有毒的组合。

　　

   

   

图片:收集的样本是为了分离能迅速分解生物塑料的海洋微生物    

塑料的廉价、多用途和耐用性是不可否认的，但在蓬勃发展的海洋物联网中，我们所知的塑料和海洋环境是一种有毒的组合。

加州大学圣巴巴拉分校的海洋微生物学家说:“就像你的手机与你的汽车、电脑、恒温器和门铃连接一样，海洋中也有越来越多的连接设备。这些传感器是日益增长的网络“蓝色经济”中的节点，用于收集和传输对在海洋环境中工作的各个行业(如航运、旅游、石油和天然气以及渔业)重要的数据。

桑托罗说，这些设备一旦投入使用，就再也无法回收，这增加了海洋中塑料的数量。

但如果有一种方法既能避免塑料污染的问题，又能从网络化的海洋中获益呢?这种潜在的双赢激励了Santoro和罗切斯特大学合成生物学家Anne Meyer、罗德岛大学海洋学家Melissa Omand、海峡群岛国家海洋保护区的生态学家Ryan Freedman以及工业合作伙伴Mango Materials。他们正在共同开发可在海洋中降解的生物塑料。由国家科学基金会资助，正准备投身他们的研究项目中第二阶段，他们的生物可降解生物塑料进行了测试。

桑托罗说:“我真的很高兴能把我们实验室对海洋微生物学的基础研究变成一个应用问题。”“但最重要的是，我很兴奋能继续和这么棒的一群人一起工作。”

工作与自然  

这项技术的基础材料是生物聚合物聚羟基丁酸盐(PHB)，一种从碳吸收细菌中收获的天然聚酯。甲烷是一种强有力的温室气体，是这些微生物的首选碳化合物。

“芒果材料公司在污水处理厂排放的甲烷中培养这些细菌，”桑托罗说，“这是另一个胜利。”

她补充说，因为这些细菌已经制造这种聚合物数十亿年了，其他微生物自然已经找到了如何将其分解为能量的方法。这就是桑托罗和她实验室的专业知识发挥作用的地方。

“我们正在培养能够分解这些聚合物的新细菌，”她说。他们工作的一个重点是分离在海洋寒冷条件下繁殖的细菌，这是一个需要考虑的重要因素，因为大多数生物可降解塑料只能在高温堆肥设施中分解。

开发这一策略是项目第一阶段的一部分，在该阶段，团队还收集了输入信息，并利用Omand的海洋传感器设计专业知识创建了一个原型。

桑托罗说:“我们对生物可降解塑料的潜在最终用户进行了数十次采访，了解他们的材料需求。”该团队还与监管机构和致力于处理海洋垃圾的非营利组织进行了交谈。这些讨论为他们的研究方向指明了方向，并启发了用户友好的创新。

她继续说:“我们发现，人们对生物可降解材料有巨大的需求，而且用户对他们的物品有一定的使用寿命要求。”一些人想要一种可以在一天内消失的材料，而另一些人想要可以持续一年的设备。然而，与他们交谈的其他人希望能够触发这种退化。

根据桑托罗的说法，第二阶段包括在现实世界中使用这种生物塑料。通过与十多个致力于使用这种新技术的行业合作伙伴的合作，项目团队将看到他们的生物塑料在不同海洋条件下的表现，以及材料是如何分解的。

第二阶段，该团队还将使用Meyer开发的技术来完善他们的产品功能:一个用于活细菌细胞的3D打印机，用于嵌入或应用phb吞噬细菌到生物聚合物上。将这些细菌放置在塑料内或塑料上，用户可以选择生物聚合物降解的时间和速度。

此外，该团队还将参加国家科学基金会融合加速器的创新和创业课程，包括产品开发、知识产权、金融资源、可持续发展规划以及通信和外联等方面的培训。最终目标是确保解决方案在国家科学基金会的支持下是可持续的，并提供积极的社会和经济影响。

同时，与UCSB科学与工程合作中心(CSEP)合作，该组织计划推出一个学术-行业实习项目，指导本科生，培训下一代微生物学家、材料科学家和海洋工程师。

桑托罗说，现在还为时尚早，但如果一切顺利，可能是时候把他们的海洋生物塑料带到更广阔的世界，改变海洋塑料的制造方式了。

“一个潜在的途径是商业化，”她说，“但我们正在探索很多选择。”

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