羅格斯大學(xué)的化學(xué)家通過預(yù)先折疊分子鍵，創(chuàng)造出可自然降解的塑料。該校研究人員找到一種方法，能夠制造出可編程自毀的塑料。更重要的是，這一創(chuàng)新并非依賴新型化學(xué)物質(zhì)，而是通過在空間內(nèi)折疊聚合物分子實(shí)現(xiàn)。

這項(xiàng)突破意義重大，因?yàn)楝F(xiàn)有塑料在設(shè)計(jì)時(shí)追求極致的耐用性。而天然聚合物（如DNA、RNA、蛋白質(zhì)）卻并非永久穩(wěn)定——它們完成使命后便會自然分解。受此啟發(fā)，羅格斯團(tuán)隊(duì)開始探索如何為合成塑料賦予類似的"內(nèi)置生命周期終點(diǎn)"。

天然聚合物之所以能降解，是因?yàn)槠鋬?nèi)部結(jié)構(gòu)使得某些化學(xué)鍵在水、光或微小化學(xué)變化的作用下易于斷裂。合成塑料雖然也存在可斷裂的化學(xué)鍵，但其分子形態(tài)阻礙了這一過程。換言之，這些化學(xué)鍵被"屏蔽"了。

為此，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)想：如果對聚合物進(jìn)行折疊，使其脆弱鍵能在需要時(shí)暴露出來，結(jié)果會如何？他們采用了名為"構(gòu)象預(yù)組織"的技術(shù)，即在分子層面上預(yù)先折疊，使得特定化學(xué)鍵在適當(dāng)時(shí)機(jī)能輕松斷裂。這背后的科學(xué)原理相當(dāng)復(fù)雜，但可以類比為在紙張上預(yù)先折出痕跡，制造易撕的薄弱點(diǎn)；若不折疊，紙張就很難整齊撕開。

研究團(tuán)隊(duì)刻意在塑料中引入了類似的"折痕"。他們選用了一種廣泛存在于塑料中但通常穩(wěn)定的普通化學(xué)鍵，并在其鄰近位置添加小型化學(xué)基團(tuán)。當(dāng)水或其他觸發(fā)因素作用時(shí)，這些基團(tuán)會擺動到特定位置并切斷該化學(xué)鍵。

通過調(diào)整輔助基團(tuán)的空間幾何構(gòu)型，他們可使塑料在數(shù)天、數(shù)月或數(shù)年內(nèi)降解。這意味著僅需微調(diào)角度，同一材料就能被設(shè)計(jì)出不同的使用壽命。

仍需進(jìn)一步研究

由于該技術(shù)無需特殊化學(xué)品或脆弱材料，其理念可應(yīng)用于多種現(xiàn)實(shí)場景，例如短周期塑料制品。它也可用于食品容器、包裝材料和一次性用品——這些物品可保持?jǐn)?shù)小時(shí)形狀穩(wěn)定，而后在數(shù)日內(nèi)分解。該技術(shù)同樣適用于汽車零件或建筑材料等長效塑料產(chǎn)品，它們可被設(shè)計(jì)為持續(xù)使用數(shù)十年，隨后在環(huán)境作用下緩慢降解。

研究團(tuán)隊(duì)表示，新型塑料甚至能以光線或金屬離子作為降解觸發(fā)開關(guān)。盡管前景廣闊，目前這些新材料僅在實(shí)驗(yàn)室條件下完成制備和測試。在投入市場前仍需大量驗(yàn)證，尤其需確保使用安全性。此外，它們需要被整合進(jìn)實(shí)際日用塑料中，并接受工業(yè)化生產(chǎn)兼容性測試。

從概念上看，這項(xiàng)技術(shù)為在不改變基礎(chǔ)化學(xué)成分的前提下重新設(shè)計(jì)塑料提供了全新工具包。

相關(guān)研究成果已發(fā)表于《自然·化學(xué)》期刊。

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