塑料新时代

劳拉·查帕罗

蓬勃发展的塑料行业德国巴斯夫公司将裂褶菌加入聚合物材料，生产出了一种新型生物聚合物。研究人员表示，通过化学方法得到的聚合物往往稳定性很差，并且在一定的应力作用下会发生降解，而生物聚合物具有优秀的稳定性，裂褶菌素还具有极好的耐高温性，生产出的生物聚合物可作为增稠剂，用于提高油气行业的采收率。

塑料在19世纪初投入市场，这种有机合成的高分子材料因为化学性质稳定、不易锈蚀、绝缘性好、耐冲击性好和加工成本低等优势，在消费体量上逐渐超过了钢铁材料，成为世界第一大工业材料。

但在过去的几十年里，塑料制品一直饱受大众媒体诟病，塑料包装还被冠上了“白色垃圾”的罪名。在人们的印象里，使用塑料制品不仅会造成资源浪费，还会对环境造成破坏，但事实上，塑料制品只要回收得当，非但不会浪费资源，相反还能节约资源、保护环境——从生态学的角度来说，塑料是一种节能环保的材料。

| 使用塑料更环保 |

产生温室气体的一个主要因素就是石化燃料的燃烧，通过使用塑料材料，可以减少工业和家庭用石化燃料的使用。比如，在建筑隔层中使用高效率的保温材料PVC（聚氯乙烯），可以减少9%的能耗。使用塑料复合材料制造汽车、飞机上的部分零件，不仅会比传统的钢材更耐久，还能使汽车、飞机体质轻量化，从而减少运输能耗。一辆全部使用塑料复合材料零件的汽车，其重量可以减轻70%，也减少了汽车轮胎与路面的摩擦力，降低能源消耗，比使用铝材和钢材更节能环保。

联合国粮农组织的资料显示，全球每年约有13亿吨食品因为没有合适的包装而腐烂，这些丢弃的腐烂食物会对环境造成极大的污染，因为平均每生产一公斤的肉类，就会产生十几公斤的二氧化碳，对于消费者来说，重新购买食物也是一种浪费。而塑料包装凭着其优良的氧气阻隔性能，可以使许多食品的保质期得以延长，从而减少食物浪费和温室气体排放。

为了解决当前世界上石化资源紧张的问题，世界各国都在开发风能、太阳能、氢能、地热能等可再生能源，这其中也少不了塑料的贡献。比如，工业用风能装置上的一些关键性零件都是由高强、轻量、耐久、不易腐蚀的塑料材料制成，氢能的输送、储存也都要依赖于聚合物材料。

| 塑料结合3D打印技术 |

随着3D打印技术的逐步成熟，塑料材料甚至能被打印成人体组织和器官，这也是生物医学领域的一项重大突破。去年，美国加州大学生物材料实验室就制造出了仿生血管网络，研究小组通过聚合物材料封装活细胞的方式，结合3D打印技术形成了仿生血管组织。这种仿生血管网络可以为组织、器官供血，输送营养物质、代谢产物和其他生物材料。在小白鼠实验中已证实，仿生血管网络能成功地与小白鼠自身的血管网络形成一体，使血液正常循环。

結合3D 打印技术美国斯克利普斯生物医学研究所运用3D打印技术，将聚合物材料封装人体细胞作为原料，打印出了仿生人体皮肤、血管和其他人体器官组织。

药物靶向输送聚合物纳米材料可作为药物载体，实现药物在人体内靶向输送。如图就是两个载有疫苗的聚合物纳米粒子，它们可以穿过其他大分子药物难以穿过的生物屏障，进入人体器官组织，将药物靶向输送至目标细胞。

同样在去年，瑞士苏黎世联邦理工学院的研究团队制造出了世界上第一颗软体人造硅胶心脏。研究人员通过3D打印技术，将硅胶材料合成了人工心脏，这种人工心脏有着和真的心脏一样的内部结构，跳动起来也与真的无异，唯一的缺点就是寿命太短，硅胶心脏大约跳动3000次后就会开始衰减，相当于只能维持45分钟左右，因此暂时无法投入临床应用。尽管如此，这项研究仍展现出，将塑料材料结合3D打印技术合成人造生物器官这一想法，在未来会有很大的发展空间。

| 结合纳米技术 |

西班牙巴斯克大学纳米材料实验室开发出了一种复合凝胶，可以作为骨再生材料，帮助骨折、骨损失和骨质疏松症患者进行有效的再生治疗。目前，临床上治疗骨缺损主要还是使用自体骨移植，但这种传统的治疗方式存在着供体部位发病率高和获得率低等问题，因此，要找到合适的骨组织再生替代材料，对于治疗骨缺损有着非常重要的意义。

实验室的戈尔卡·奥利维教授称，他们发现明胶纳米颗粒在双膦酸官能化时，对生物活性玻璃颗粒具有很强的粘附性。由它制成的复合凝胶可以通过增强骨质疏松性骨组织的骨密度，诱导周围细胞增殖分化，刺激骨质疏松处骨组织的再生，从而在无需任何成骨补充剂的情况下就能起到治疗作用。

新型聚合物纳米材料还可以作为药物载体，实现药物在人体内靶向输送。很多具有生物活性的大分子药物难以穿过生物屏障，进入人体器官组织，但纳米材料可以做到，载有药物的聚合物纳米粒子可通过口服、皮下注射、动脉注射、静脉点滴等方式进入人体，穿过肝脏内皮或淋巴将药物传送到脾脏和骨髓，甚至可以直接到达肿瘤组织。

| 结合生物技术 |

目前，全球普遍使用的还是聚乙烯和聚丙烯这两种石油基塑料。尽管成本低廉的石油基塑料为人们的生活带来了便利，但它将近几百年的降解周期，还是对生态环境造成了一定的负担，所以，如何开发出一种能替代石油基塑料的可降解塑料，成为了科学家们近年来关注的重点。

所谓降解，也就是被微生物吃掉，再进入食物链自然循环。一种名为PHA（聚羟基脂肪酸酯）的新型生物塑料，由于其优秀的可降解性，在众多种塑料材料中脱颖而出，受到了科学家们的关注。PHA是由微生物合成的一种生物基材料，它的材料学性质与传统的石油基塑料相似，可以在50%以上的石油基塑料应用领域发挥替代作用。它最大的特点是在几乎所有环境（土壤、海水、堆肥）中都可以被微生物分解，在土壤中只需3～6个月就能被分解成二氧化碳和氧气，不会对环境造成污染，是一种环境友好型的塑料材料。

尖端纳米材料上图是美国的一个人工光合作用实验室，研究人员效仿自然界的光合作用，利用纳米级光感应材料将光能转化为电能，由此产生氧化还原酶反应，这是一种利用光能生成精密化学物质的技术。

这种纳米感应材料技术也可以应用于人体，如左图就是将薄薄一层纳米材料覆盖在人体皮肤上，通过传感器记录人体各项生命体征。

應对能源短缺塑料在开发风能、氢能、太阳能、地热能等可再生能源领域发挥着重要的作用，可以帮助人们应对日益严峻的能源危机。例如，风能装置上的关键零件都是由高强、轻量、耐久、不易腐蚀的塑料材料制成的。

作为一种新型生物塑料材料，PHA不仅可以像传统塑料一样制成塑料模、塑料瓶等塑料包装，还可以纺成纤维，应用于整型外科、生物医药和特殊包装等专业领域。除此之外，PHA还具有很好的生物相容性，可以作为外科手术缝合线、药物缓释载体和人体组织的移植物来使用。

由PHA制成的骨钉、骨棒等固定骨架材料，和传统材料相比不仅具有增强作用，还可以促进人体组织的生长，当新的组织长出后，PHA材料逐渐降解，分解出的产物可以被人体吸收，不会引起任何不良反应。不过，因为PHA的成本比传统聚丙烯和聚乙烯塑料高3～10倍，所以这种生物塑料还没有完全得到普及，目前主要运用在生物医药领域。

不论是现在还是未来，塑料都对人类意义重大。我们期待，随着塑料技术日新月异的发展，新型塑料会让人们的生活环境更美好。

[译自西班牙《真有趣》]