微塑料几乎存在于地球上的每个角落，它们来自轮胎、衣物和塑料包装的降解，而另一个重要来源是添加到某些清洁剂、化妆品及其他美容产品中的塑料微珠。
为从源头减少微塑料的产生，MIT 研究人员开发了一类可降解的新型材料，可替代目前美容产品中使用的塑料微珠，这些聚合物在降解后会转化为无害的糖类和氨基酸。
“应对微塑料问题的一种方法是清理现有的污染，但同样重要的是未雨绸缪，专注于开发不会产生微塑料的材料。”MIT 科赫综合癌症研究所主要研究员 Ana Jaklenec 表示。
这些新材料还有其他潜在用途。在最新研究中，Jaklenec 及其团队展示了这些新材料可以用于包裹维生素 A 等营养素，通过为食品添加包裹的维生素 A 及其他营养素，可以帮助全球约 20 亿因营养素缺乏而受影响的人群。
这项研究已经发表在Nature Chemical Engineering上，文章的资深作者是 MIT 教授、科赫研究所成员 Robert Langer 和 Ana Jaklenec。论文的第一作者为 MIT 化学工程专业研究生 Rhoda Zhang。
可生物降解塑料的新进展
2019 年，Ana Jaklenec、Robert Langer 及其团队开发了一种聚合物材料，证明其可以用于包裹维生素 A 及其他必需营养素。他们还发现，用这种包裹铁强化的面粉制作的面包能有效提高人体铁水平。
然而，这种名为 BMC 的聚合物并不可降解。为此，最初资助该研究的比尔及梅琳达·盖茨基金会提出，希望 MIT 团队设计一种更环保的替代材料。
在 Rhoda Zhang 的带领下，研究人员转向了一种由 Langer 实验室此前开发的聚合物——聚 β 氨基酯。这种聚合物在基因递送及其他医学应用中展现了潜力，同时具备可生物降解的特点，降解后可转化为糖类和氨基酸。
通过调整材料的构成单元，研究团队可以调控其疏水性、机械强度和 pH 敏感性等特性。经过筛选五种不同的候选材料，MIT 团队最终确定了一种具有最佳性能的材料，尤其是在类似胃部酸性环境中能够溶解的能力。
研究人员展示了该材料的多种应用潜力，他们不仅成功用微粒包裹了维生素 A，还包括维生素 D、E、C，以及锌和铁等营养素。许多这些营养素容易受到热和光的破坏，但实验发现，当这些营养素被包裹在微粒中后，能够在沸水中保持两小时而不被破坏。
此外，研究显示，即便在高温高湿环境下储存六个月后，超过一半的包裹维生素仍然保持完好。
为了验证这些材料在食品强化中的潜力，研究团队将其加入到常见于非洲国家的调味料“高汤块”中。实验结果表明，这些营养素在被煮沸两小时后依然保持完整。
“高汤块是撒哈拉以南非洲的主食原料，有助于改善该地区数十亿人的营养状况。”Jaklenec 表示。
此外，研究人员还对这些材料的安全性进行了测试。他们将微粒暴露于培养的人类肠细胞中，并测量其对细胞的影响。结果显示，在用于食品强化的剂量下，这些微粒不会对细胞造成损害。
更高效的清洁方式
为了测试新型微粒替代清洁剂中常用微珠的能力，研究人员将微粒与肥皂泡沫混合，发现这种混合物比单独使用肥皂更能有效清除皮肤上的记号笔和防水眼线笔痕迹。
与含聚乙烯微珠的传统清洁剂相比，这种新型微塑料混合肥皂的清洁效果更为显著。研究人员还发现，这些可生物降解的微粒在吸附重金属等潜在有害元素方面表现更优。
“我们希望以此为起点，展示如何开发一类全新的材料，突破现有材料的范畴，并将其应用于多种领域。”Rhoda Zhang 表示。
目前，研究团队获得了来自雅诗兰黛的资助，正在进一步测试这些微粒在清洁剂及其他潜在用途中的表现，并计划于今年晚些时候开展小规模人体试验。同时，他们正在收集安全数据，用于向美国食品和药物管理局申请 GRAS 认证，并筹备一项关于强化食品的临床试验。
研究团队希望这项工作能显著减少健康与美容产品中释放到环境中的微塑料数量。
“虽然这只是微塑料问题的一小部分，但我们的社会已经开始认识到这个问题的严重性。这项研究是解决这一问题迈出的重要一步。”Jaklenec 表示。“聚合物在我们日常生活中的无数应用中不可或缺，但它们也带来了许多负面影响。这项研究展示了我们如何减少这些负面影响的一种方法。”
这项研究由比尔及梅琳达·盖茨基金会和美国国家科学基金会资助。
https://news.mit.edu/2024/new-biodegradable-material-could-replace-certain-microplastics-1206
热门跟贴