每年數(shù)百萬噸廢棄塑料排放到海洋。即使最深的海溝底部，也發(fā)現(xiàn)有塑料的痕跡。照此趨勢，2050 年，海洋中塑料的重量將和魚一樣多。

大多數(shù)所謂的“可生物降解”塑料，如聚乳酸(PLA)，僅在工業(yè)堆肥設施中設計和測試，這些設施缺氧且溫度相對較高。而在實際中，它們往往得不到充分回收。海洋條件通常是寒冷、黑暗的，導致典型的可生物降解塑料在海洋中也分解得十分緩慢。

與此同時，海洋學家越來越依賴塑料材質(zhì)的儀器。這些消耗性儀器廣泛應用在預測天氣、指導海上運輸、模擬不斷變化的氣候等方面，但在其使用壽命結束后通常不會被回收，而成為環(huán)境的威脅。海洋可降解塑料對于海洋學家來說至關重要;從更大的角度來看，以海洋為基礎的藍色經(jīng)濟更需要創(chuàng)新的解決方案來滿足材料需求。

為了解決這個問題，羅切斯特大學生物系副教授 博士與加州大學圣巴巴拉分校的海洋微生物學家 博士、羅德島大學海洋學家 、來自海峽群島國家海洋保護區(qū)的生態(tài)學家 以及行業(yè)合作伙伴 展開合作，以期制造出具有一定降解率和保質(zhì)期、適用于各種海洋儀器應用及其他用途的生物材料。

美國國家科學基金會(National Science Foundation，NSF)正在通過 3000 萬美元的投資來應對與氣候、可持續(xù)性、食品、能源、污染和經(jīng)濟相關的挑戰(zhàn)。在 NSF 融合加速器計劃支持下，他們成立了研究小組“Nereid Biomaterials”。

該小組分屬于融合加速器的 E 賽道。E 賽道的重點是互聯(lián)互通藍色經(jīng)濟，加速跨海洋部門的融合研究，包括為海洋創(chuàng)新、勘探和可持續(xù)利用創(chuàng)建一個智能、綜合、互聯(lián)和開放的生態(tài)系統(tǒng)。該賽道共有 6 個團隊進入計劃的第二階段——網(wǎng)絡藍色經(jīng)濟，其中包括 Nereid Biomaterials 小組。

Nereid 獲得了 100 萬美元研究經(jīng)費用以開發(fā)可在海洋環(huán)境中降解的生物塑料。通過融合海洋微生物學、合成生物學、材料科學和機器人技術，該團隊正在開發(fā)帶有嵌入式添加劑的“海洋可降解”聚合物，以加速和控制降解。“我們由 NSF 資助的新項目將首次創(chuàng)造出可以在海洋環(huán)境中降解的生物塑料。” 說。

到目前為止，該團隊已與五家海洋設備制造商合作，這些制造商已承諾用該團隊的海洋可降解材料替換所有或大部分傳統(tǒng)石油化工塑料部件。“這將為海洋觀測、珊瑚礁恢復和海上防御領域引入新的可持續(xù)性。” 說。這也為該團隊提供了一條明確的商業(yè)化道路。

為了制造出可海洋降解的塑料，該團隊利用了自然界中已經(jīng)存在的“工藝”。他們的材料基于一種稱為聚羥基丁酸酯(PHB)的生物聚合物，由 提供。PHB 是由細菌自然產(chǎn)生的化合物，許多海洋細菌可將 PHB 完全降解為二氧化碳和水，而不會產(chǎn)生微塑料或其他有害副產(chǎn)物。

Nereid 的技術將這種創(chuàng)新型“活材料”與天然存在的 PHB 降解細菌相結合。需要注意的是，生物塑料本身不會在海水中“分解”，而是被微生物的代謝活動分解;而材料中的細菌充當分解材料的“能量”。為此， 的實驗室正在用廢水處理廠排放的甲烷培養(yǎng)可以分解 PHB 的新細菌。該工作重點之一是分離在海洋寒冷條件下茁壯成長的細菌。

“可生物降解材料的需求巨大，對材料的壽命也有不同的要求。” 補充道，該團隊與處理海洋垃圾的監(jiān)管機構和非營利組織進行了交談，發(fā)現(xiàn)一些團體想要一種可以在一天內(nèi)分解掉的材料，也有人想要能夠維持一年的設備，還有一些團體希望能夠引發(fā)降解。

這便是 實驗室的用武之地。Meyer 和她的實驗室成員已經(jīng)開發(fā)出了首款細菌 3D 打印機。這種革命性的 3D 生物打印方法使他們能夠創(chuàng)建含有 PHB 降解細菌的工程活細菌。該方法戰(zhàn)略性地將這些細菌“安置”在塑料上，為用戶提供了生物聚合物不同降解時間和降解速度的選擇。

制定這一戰(zhàn)略是該項目第一階段的一部分。在此期間，團隊還收集了意見并構建了一個原型，該原型是利用羅德島大學阿曼的海洋傳感器設計專業(yè)知識創(chuàng)建的。

第二階段的研究將涉及在現(xiàn)實世界中部署生物塑料。通過與十幾個致力于使用這項新技術的行業(yè)合作伙伴合作，該團隊將看到他們的生物塑料在不同海洋條件下的表現(xiàn)以及材料如何被分解。該團隊還會研發(fā)在海洋環(huán)境中保留數(shù)周、數(shù)月和數(shù)年三種不同時間尺度降解的生物材料，以進一步滿足各種用戶的不同需求;另外還將開發(fā)能夠在生命結束時按需觸發(fā)生物塑料降解的技術。他們的目標是將新材料用于可消耗的海洋儀器上，這樣它們便不需回收。

該團隊還將參加 NSF 融合加速器的創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)課程，其中包括產(chǎn)品開發(fā)、知識產(chǎn)權、財政資源、可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃以及溝通和推廣方面的培訓。

如果第二階段一切順利，海洋生物塑料可能會有無數(shù)的應用，并徹底改變遠洋塑料。

“在將我們的海洋可降解生物塑料引入海洋儀器后，我們計劃擴展到其他應用，” 說，“我們在海洋中分解的堅韌塑料可能非常適合水產(chǎn)養(yǎng)殖和漁業(yè)、生態(tài)系統(tǒng)恢復工作、海上防御或政府機構，如 NOAA(國家海洋和大氣管理局)國家數(shù)據(jù)浮標中心。

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