随着石化原料的不断开发与使用,石化产品造成的环境污染逐渐在影响地球的生态环境。传统石油基塑料,尤其是一次性塑料制品的使用每年大约会造成八百万吨塑料垃圾流向海洋。将可生物降解且可再生的天然资源转化为传统塑料替代品有望解决这些环境问题。
目前,天然多糖类、蛋白质已经被开发用于制作传统塑料制品,并展示了极大的潜力。然而,这些天然资源在这方面的应用存在一些缺点:1)这些转化过程类似于石油形成过程,需要对天然大分子进行人工降解和再聚合以制造最终塑料制品。这当中会消耗大量能源及其它资源。2)上述人工再聚合过程中会用到大量有机溶剂,并伴随着其它副产物和废物的产生,这个过程本身会对环境产生不良影响。3)上述这些天然资源通常来源于农作物,潜在地会与农业资源像农田和水等争夺资源,比如蛋白和淀粉的提取和使用常常会占用人们的食物资源。
如何利用可再生资源植被生物可降解的塑料产品就成为一个紧迫的诱人的重大课题。天然DNA作为一种天然生物大分子具有独特的物化性质包括基因编码能力、低的提取成本和环保的提取过程、良好的水处理能力以及完美的生物降解能力。
基于这些认识,近日,美国康奈尔大学罗丹教授研究组(第一作者为王栋博士)在Journal of the American Chemical Society杂志上发表文章Transformation of Biomass DNA into Biodegradable Materials from Gels to Plastics for Reducing Petrochemical Consumption,创新性地提出利用天然DNA来作为一种可再生资源来制造塑料制品以取代传统塑料。研究人员提出的转化过程利用天然DNA对一种小分子交联剂快速化学反应,将天然DNA溶解在水中室温下就可完成转化。此过程非常简单、高效、绿色低廉且无需对天然DNA做任何预处理,也对天然DNA来源没有限制。利用此一步式转化过程,通过调节转化过程中对溶剂和催化剂等,天然DNA可以被转化为凝胶材料、复合薄膜、图案化薄膜和日常塑料制品包括电线绝缘皮层、餐具和玩具等。