開發結實、廢棄後又容易分解的塑膠，相關技術正在取得進展。北陸尖端科學技術大學院大學等組成的研究團隊正在開發一種可以在海水中透過太陽光和微生物的作用被分解的塑膠。而且這種塑膠被微生物食用後也不會造成傷害。這項研究有望在2050年成爲解決微塑膠海洋污染的主要對策之一。
正在開發之中的在海水中遇光就會分解的塑膠（供圖：北陸尖端大學金子教授）
微塑膠對海洋環境的影響越來越嚴重。據估計，世界上每年有數百萬噸塑膠廢棄物流入海洋。到2050年，海洋中塑膠廢棄物的總重量將超過魚的總重量。
爲了解決這個問題，人們一直在探索塑膠的代替品，例如能夠透過微生物作用分解成水和二氧化碳的生物降解塑膠等。然而，以往的生物降解性塑膠在使用上缺乏足夠的耐用性，因此無法完全代替普通塑膠。
包括北陸尖端大學的金子達雄教授等在内由8個研究機構組成的研究團隊，目前正在共同開發一種使用時結實、流入海洋後會又能被自然分解的塑膠。照射到海里的陽光起到「開關」作用，海水和微生物進入到分子中進行分解。研究團隊的最終設計目標是，使用2種光觸媒，與從纖維芯及鞘（周邊）部分製造塑膠的開、關程序相反，透過生物分解塑膠。
在鞘的部分混合的光觸媒，能在太陽光照射時起到抗菌作用。通常使用時，該光觸媒會保存塑膠纖維不受細菌相害作用，從而不會發生分解。另一方面，芯的部分混合的光觸媒，在被陽光照射時，會將水吸入到分子内（親水性）。
當這種雙重新框架造的塑膠流入大海，浮在海面時，太陽光透過鞘受損的部分到達芯，產生親水性。由此，海水和微生物便能進入芯中，進行生物分解。鞘的部分不發生分解，不久便會沉入海中和海床。由於太陽光無法到達海床，光觸媒的抗菌作用消失，從而使鞘的部分被生物分解，從而達到塑膠纖維被分解的目的。
一般來說，海洋深處是低溫、微生物少、難以進行生物降解的環境，但這一課題也得到了克服。由於設計上只在有水和光的狀態下進行分解，因此在使用時，即便被水稍微打溼，只要晾乾就不會發生分解。
研究中，團隊還使用透過植物分解製作的有機化合物，合成了生物分解性的耐綸。用1小時能照射相當於1個月的太陽光的水銀燈進行實驗後發現，開發出的耐綸48小時就能輕易分解，或部分分解。
該研究專案於2020年起動，目前已應答到，兩種光觸媒都能很好地發揮各自的作用。2023年，研究團隊將進行研究，應答兩種光觸媒能否進行組合並加以控制，並着手驗證大量合成的可能性。經過性能和安全驗證後，希望在2030年前實施部分用途上的實用化。
目標是能廣泛應用於服裝、購物袋、漁業、農業用器具等。金子教授表示：「放棄塑膠不是必須的，重要的是要用不破壞生態系統的塑膠來進行替代。」
活體內安全也得到了驗證
金子教授等人的研究還有一個特徵，就是賦予了塑膠「可食性」，即使生物將其食用也是安全的。北海道大學和東京農工大學在2022年12月證實了，微塑膠中的添加劑會透過食物鏈被吸收到魚的肌肉和肝臟中，並積累起來。微塑膠增加了海洋生物和人類健康的風險。
一般來說，即使塑膠可生物降解，但進入到生物的消化道内也會對其健康造成危害。但金子教授等人正在開發的生物降解性塑膠，以氨基酸同等結構爲基礎，有望在消化道内也能得到安全降解。
研究團隊已經開發出了還原人類腸內環境，並加入塑膠評價腸内細菌代謝的方法。2023年以後，團隊將使用海豚及加利福尼亞海獅的糞便進行毒性評估等。如果能證實其高安全，今後也可以考慮將其應用在玩具及嬰兒用牙刷等對安全有着高要求的產品上。
兼具高功能性及生物降解性的塑膠，在世界上幾乎還沒有實用化的案例。如果能將其實施，便可透過回收進行分解處理，即使流入海洋和土壤也能確保全全。日本也許能在引領循環型社會的新材料方面站到世界的最前緣。
日文：北川舞、《日經產業新聞》、2023/2/10
中文：JST客觀日本編輯部
