科学家开发可自然降解塑料：周期控至年/月/日，结构设计借鉴 DNA 与蛋白质

东苑

罗格斯大学助理教授顾宇伟（Yuwei Gu）在公园徒步时，目睹湖面上散落的塑料瓶有感而生：自然界的聚合物（如 DNA、RNA）能够自然降解，为何塑料不能？由此产生的疑问推动了其团队在塑料化学领域取得新的研究进展。

“生物界无处不在使用蛋白质、DNA、RNA 和纤维素等聚合物，却从未出现合成塑料面临的长期堆积问题”。Yuwei Gu 随即意识到“差异必然存在于化学层面”。他注意到天然聚合物结构中存在辅助基团。这些基团位于整个结构的关键位置，能在需要时促使化学键断裂。

于是，研究团队参考自然界对 DNA、RNA、蛋白质等天然高分子，在结构中设置“辅助基团”的方式，探索是否可以复制这种结构特征，让合成塑料更易降解。



“我们尝试复制这种结构策略，能否让人造塑料具备相同特性？”实验证实该构想确实可行：研究人员开发出了在日常使用中保持稳定，但触发条件即可降解的新型塑料，无需高温或强化学剂处理。初步实验显示降解液体无毒，但仍需进一步评估。

定向可控降解
该技术突破不仅实现塑料降解，更能让人类精准控制降解速度。研究人员通过定向排列化学组分，使其在触发时立即激活。该过程类似折叠纸张 —— 纸张在受力前保持完整，压至折痕处便轻易撕裂。



“最关键的是，相邻基团的空间排列方式会显著改变聚合物降解速度”，他指出。通过调整，同种塑料可实现数日、数月或数年的差异降解周期。外卖餐盒可在短期内降解，汽车零件则能维持多年使用。据介绍，紫外线或金属离子还可作为降解开关。

应用前景
该技术有望应用于按计划释放药物的医用胶囊、可自消除的临时涂层等领域。“这不仅为环保塑料开辟新路径，更为多领域智能响应型聚合物材料设计拓展工具箱，”他表示。其团队正深入研究材料安全性、生产兼容性及推广应用方案。



▲ Yuwei Gu
相关成果已于当地时间 2025 年 11 月 28 日发表在《自然・化学》上（DOI： 10.1038/s41557-025-02007-3）。

IT之家查询获悉，Yuwei Gu 于 2014 年获清华大学学士学位，2014-2019 年于麻省理工学院攻读博士，后于 2019-2022 年于西北大学任博士后研究员，均属化学系。

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