微塑膠幾乎存在於地球上的每個角落，它們來自輪胎、衣物和塑膠包裝的降解，而另一個重要來源是新增到某些清潔劑、化妝品及其他美容產品中的塑膠微珠。
為從源頭減少微塑膠的產生，MIT 研究人員開發了一類可降解的新型材料，可替代目前美容產品中使用的塑膠微珠，這些聚合物在降解後會轉化為無害的糖類和氨基酸。
“應對微塑膠問題的一種方法是清理現有的汙染，但同樣重要的是未雨綢繆，專注於開發不會產生微塑膠的材料。”MIT 科赫綜合研究所主要研究員 Ana Jaklenec 表示。
這些新材料還有其他潛在用途。在最新研究中，Jaklenec 及其團隊展示了這些新材料可以用於包裹維生素 A 等營養素，透過為食品新增包裹的維生素 A 及其他營養素，可以幫助全球約 20 億因營養素缺乏而受影響的人群。
這項研究已經發表在Nature Chemical Engineering上，文章的資深作者是 MIT 教授、科赫研究所成員 Robert Langer 和 Ana Jaklenec。論文的第一作者為 MIT 化學工程專業研究生 Rhoda Zhang。
可生物降解塑膠的新進展
2019 年，Ana Jaklenec、Robert Langer 及其團隊開發了一種聚合物材料，證明其可以用於包裹維生素 A 及其他必需營養素。他們還發現，用這種包裹鐵強化的麵粉製作的麵包能有效提高人體鐵水平。
然而，這種名為 BMC 的聚合物並不可降解。為此，最初資助該研究的比爾及梅琳達·蓋茨基金會提出，希望 MIT 團隊設計一種更環保的替代材料。
在 Rhoda Zhang 的帶領下，研究人員轉向了一種由 Langer 實驗室此前開發的聚合物——聚 β 氨基酯。這種聚合物在基因遞送及其他醫學應用中展現了潛力，同時具備可生物降解的特點，降解後可轉化為糖類和氨基酸。
透過調整材料的構成單元，研究團隊可以調控其疏水性、機械強度和 pH 敏感性等特性。經過篩選五種不同的候選材料，MIT 團隊最終確定了一種具有最佳效能的材料，尤其是在類似胃部酸性環境中能夠溶解的能力。
研究人員展示了該材料的多種應用潛力，他們不僅成功用微粒包裹了維生素 A，還包括維生素 D、E、C，以及鋅和鐵等營養素。許多這些營養素容易受到熱和光的破壞，但實驗發現，當這些營養素被包裹在微粒中後，能夠在沸水中保持兩小時而不被破壞。
此外，研究顯示，即便在高溫高溼環境下儲存六個月後，超過一半的包裹維生素仍然保持完好。
為了驗證這些材料在食品強化中的潛力，研究團隊將其加入到常見於非洲國家的調味料“高湯塊”中。實驗結果表明，這些營養素在被煮沸兩小時後依然保持完整。
“高湯塊是撒哈拉以南非洲的主食原料，有助於改善該地區數十億人的營養狀況。”Jaklenec 表示。
此外，研究人員還對這些材料的安全性進行了測試。他們將微粒暴露於培養的人類腸細胞中，並測量其對細胞的影響。結果顯示，在用於食品強化的劑量下，這些微粒不會對細胞造成損害。
更高效的清潔方式
為了測試新型微粒替代清潔劑中常用微珠的能力，研究人員將微粒與肥皂泡沫混合，發現這種混合物比單獨使用肥皂更能有效清除皮膚上的記號筆和防水眼線筆痕跡。
與含聚乙烯微珠的傳統清潔劑相比，這種新型微塑膠混合肥皂的清潔效果更為顯著。研究人員還發現，這些可生物降解的微粒在吸附重金屬等潛在有害元素方面表現更優。
“我們希望以此為起點，展示如何開發一類全新的材料，突破現有材料的範疇，並將其應用於多種領域。”Rhoda Zhang 表示。
目前，研究團隊獲得了來自雅詩蘭黛的資助，正在進一步測試這些微粒在清潔劑及其他潛在用途中的表現，並計劃於今年晚些時候開展小規模人體試驗。同時，他們正在收集安全資料，用於向美國食品和藥物管理局申請 GRAS 認證，並籌備一項關於強化食品的臨床試驗。
研究團隊希望這項工作能顯著減少健康與美容產品中釋放到環境中的微塑膠數量。
“雖然這只是微塑膠問題的一小部分，但我們的社會已經開始認識到這個問題的嚴重性。這項研究是解決這一問題邁出的重要一步。”Jaklenec 表示。“聚合物在我們日常生活中的無數應用中不可或缺，但它們也帶來了許多負面影響。這項研究展示了我們如何減少這些負面影響的一種方法。”
這項研究由比爾及梅琳達·蓋茨基金會和美國國家科學基金會資助。
https://news.mit.edu/2024/new-biodegradable-material-could-replace-certain-microplastics-1206
