南加州大学（University of Southern California）的生物医学工程师开发了一种新型海洋安全生物相容材料，消除了微塑料污染的风险。

塑料污染持续对海洋生态系统构成重大威胁，联合国教科文组织 (UNESCO) 报告称，海洋污染有 80% 均为塑料污染。据估计，每年约有 800 万至 1000 万吨塑料最终流入海洋。值得庆幸的是，南加州大学维特比工程学院 (USC Viterbi School of Engineering) 的研究人员在海螺中发现了一种天然物质，或可成为传统塑料更安全、更可持续的替代品。

该研究由南加州大学维特比工程学院卡尔·雅各布 (Karl Jacob) 父子早期职业生涯讲座教授钟恩智（Eun Ji Chung）领导。钟恩智在医用工程纳米粒子领域颇有建树，广受认可。依托其生物材料背景，钟恩智及其研究团队近期创造了一种新型生物降解塑料替代品。该团队将海贝中发现的一种矿物质——碳酸钙融入聚（1,8-辛二醇-共-柠檬酸）（POC）中，而聚（1,8-辛二醇-共-柠檬酸）是一种经美国食品药品监督管理局 (Food and Drug Administration) 批准用于骨科固定的生物降解聚合物，由此，该团队研发出一种材料，或有助于减少对传统塑料的依赖。相关研究成果已发表于《材料研究学会通讯》（MRS Communications）。

从生物医学聚合物到可持续塑料

钟（Chung）目前的工作重新研究了她担任研究生研究员期间探索过的想法。当时，她研究了一种由柠檬酸制成的聚合物，柠檬酸是一种在橙子等柑橘类水果中发现的天然化合物。她当时的目标是开发用于医疗的生物降解聚合物，例如缝合线和肌腱修复装置。

“在研究生阶段，我们加入了羟基磷灰石，也就是你们骨骼中的钙粒子，我将其制作成了现有的这种可生物降解的材料，并且已经获得了美国食品和药物管理局（Food and Drug Administration）的批准。”

“我开始想，贝壳里也含有钙，这就是为什么它们像骨头一样坚硬。但它们含有不同种类的钙粒子。所以，我基本上是在我原有做法的基础上进行改良，复制并使其更适合作为替代塑料制品的材料。”

钟教授说，柠檬酸聚合物的质地很黏，像口香糖一样。加入钙粒子，并在烤箱中加热固化后，它会形成一种类似塑料的材料。由此得到的材料POC-CC被制成了原型，并被切割成苏打罐饮料架环的形状，这些环足够坚固，可以支撑住易拉罐。

耐用性和海洋降解性测试

研究团队假设，POC-CC材料将是一种生物相容性塑料替代品，这种替代品能够在海洋环境中降解，同时保持足够的强度以满足工业应用需求。

为了测试这一点，他们用不同浓度的碳酸钙合成了POC-CC。在六个月的时间里，他们观察了各种因素，包括海水中的重量降解率，以及材料在长期培养后对水pH值的影响。

钟教授说：“我们的研究结果表明，随着颗粒有机碳（POC）含量的增加，降解速率也会提高，而添加碳酸钙（CC）则能维持海水的酸碱度。”

该材料的另一优点是生物相容性——它不会像引入的微塑料那样对海洋生物造成伤害。研究团队将一种绿藻（Scenedesmus藻）与POC-CC材料一起培养，在模拟海水中放置了六个月。团队观察到细胞存活率较高，证实POC-CC塑料替代品对海洋微生物具有生物相容性。

钟（Chung）及其团队目前正在计划改进该材料的第二代版本，以使其更快降解。

钟补充说，这种材料有很多潜在的应用，比如生产比竹制或纸质吸管更坚固、比可重复使用的金属吸管更安全的可生物降解吸管。

参考文献：《碳酸钙基生物降解复合材料：工业塑料的替代材料》，作者：内森·何、黄毅、钟恩智，2025年2月25日，发表于《材料研究学会通讯》。数字对象唯一标识符：10.1557/s43579-025-00695-z

资助方：美国国家海洋和大气管理局，南加州大学海洋助学金项目

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