海岸带微塑料（丝绸是一些微塑料的替代品）

研究人员开发了一种以丝绸为基础的生物可降解系统，以取代添加在农产品、油漆和化妆品中的微塑料。

微塑料，即现在在世界各地的空气、水和土壤中发现的微小塑料颗粒，越来越被认为是一种严重的污染威胁，在世界各地的动物和人类的血液中都发现了微塑料。

其中一些微塑料被故意添加到各种产品中，包括农药、油漆、化妆品和洗涤剂——根据欧洲化学品局的数据，仅在欧盟，这一数字就估计为每年5万吨。欧盟已经宣布，到2025年必须淘汰这些添加的、不可生物降解的微塑料，因此正在寻找合适的替代品，但目前还没有。

现在，麻省理工学院和其他地方的一个科学家团队开发了一种基于丝绸的系统，可以提供一种廉价且容易制造的替代品。麻省理工学院博士后Muchun Liu，麻省理工学院土木和环境工程教授Benedetto Marelli，以及德国和美国巴斯夫化工公司的其他五人在《Small》杂志上发表了一篇论文，描述了这一新过程

在工业产品中广泛使用的微塑料通常可以保护某些特定的活性成分(或成分)，使其在需要的时候不会因暴露在空气或水分中而被降解。他们提供了一个缓慢释放的有效成分的目标时间和最大限度地减少其环境的不利影响。例如，维生素通常以微胶囊的形式装在药片或胶囊中，农药和除草剂也同样被包裹。但今天用于这种微胶囊化的材料是塑料，它们会在环境中存在很长时间。到目前为止，还没有一种实用的、经济的、可以自然生物降解的替代品。

环境微塑料的大部分负担来自其他来源，例如瓶子和包装等较大的塑料物体随着时间的推移而降解，以及汽车轮胎的磨损。马瑞利说，这些来源可能都需要自己的解决方案来减少传播。他说，欧洲化学署估计，故意添加的微塑料约占环境中总量的10% - 15%，但使用这种基于自然的可生物降解替代品可能相对容易解决这个问题。

他说:“我们无法用一种适用于所有微塑料的解决方案来解决整个问题。”“一个大数字的10%仍然是一个大数字。我们将以1%的速度解决全球气候变化和污染问题。”

Liu说，与用于精细织物的高质量丝线不同，这种新替代材料中使用的丝蛋白很容易获得，而且价格更便宜。虽然蚕茧必须经过艰苦的解开才能生产出织物所需的细线，但为了实现这一目的，可以使用非纺织质量的蚕茧，蚕丝纤维可以通过一种可扩展的水性工艺简单地溶解。加工过程是如此简单和可调，由此产生的材料可以适应现有的制造设备，潜在地提供了一种使用现有工厂的简单的“加入”解决方案。

蚕丝被认为是安全的食品或医疗用途，因为它是无毒的，并在体内自然降解。在实验室测试中，研究人员证明了这种以丝为基础的涂层材料可以用于现有的标准喷雾制造设备，以制造标准的水溶性微胶囊除草剂产品，然后在温室中对玉米作物进行测试。刘说，测试表明，它比现有的商业产品效果更好，对植物造成的损害更小。

虽然其他研究小组提出了可降解的封装材料，可以在小型实验室中发挥作用，但马瑞利说:“实现高含量活性物质的封装，打开商业用途的大门，这是一个强烈的需求。”唯一能产生影响的方法是，我们不仅能用生物降解聚合物替代合成聚合物，而且要达到相同的性能，甚至更好。”

Liu解释说，使这种材料与现有设备兼容的秘密在于丝绸材料的可调性。通过精确地调整丝绸材料的聚合物链排列和表面活性剂的添加，就有可能微调涂料的性能，一旦它们变干变硬。这种材料可以是疏水的(拒水的)，即使它是在水溶液中制造和加工的，也可以是亲水的(吸水的)，或两者之间的任何地方，对于给定的应用，它可以被制成与它要取代的材料的特性相匹配的材料。

为了得到一个切实可行的解决方案，Liu必须开发一种方法，在封装材料形成时冻结其形成液滴，以详细研究其形成过程。她使用一种特殊的喷雾冷冻系统来做到这一点，并能够准确地观察封装如何工作，以便更好地控制它。一些封装的“有效载荷”材料，无论是农药、营养物质还是酶，都是水溶性的，而有些则不是，它们与涂层材料以不同的方式相互作用。

她说:“为了封装不同的材料，我们必须研究聚合物链如何相互作用，以及它们是否与悬浮的不同活性材料相容。”有效载荷材料和涂层材料在溶液中混合，然后喷洒。随着液滴的形成，载荷倾向于嵌入到涂层材料的外壳中，无论是原始的合成塑料还是新的丝绸材料。

Liu说，这种新方法可以利用不能用于制作面料的劣质丝绸，目前有大量的丝绸因为没有重大用途而被丢弃。它还可以使用废弃的丝绸织物，将这些材料从垃圾填埋场中转移出来。

马瑞利说，目前世界上90%的丝绸生产是在中国进行的，但这主要是因为中国已经完善了织物所需的高质量丝线的生产。但他表示，由于这种工艺使用的是散装丝绸，不需要那种质量水平，如果这种工艺得到广泛应用，世界其他地区的产量很容易提高，以满足当地需求。

“这项优雅而巧妙的研究描述了一种可持续的、生物可降解的丝基微塑料胶囊替代品，这是一个紧迫的环境挑战，”加州大学欧文分校化学和生物分子工程副教授阿隆·戈罗德茨基(Alon Gorodetsky)说，他没有参与这项研究。“所描述材料的模块化和制造过程的可扩展性是关键优势，预示着很好地转化为现实应用。”

康涅狄格农业实验站(Connecticut Agricultural Experiment Station)主任杰森·怀特(Jason White)说，这个过程“代表了一系列行业，尤其是农业，在有效成分输送方面的一个潜在的重大进步”，他也没有参与这项工作。“鉴于当前和未来与粮食不安全、农业生产和气候变化有关的挑战，非常需要这样的新战略。”

研究团队还包括来自德国和美国巴斯夫公司的Pierre-Eric Millard, Ophelie Zeyons, Henning Urch, Douglas Findley和Rupert Konradi。这项工作由巴斯夫通过东北研究联盟(NORA)支持。