使用鱼的残骸制作更加干净环保的聚氨酯样材料。 （图片来源：Mikhailey Wheeler）
聚氨酯是一种几乎随处可见的塑料，在鞋子、衣服、冰箱还有建筑材料中都有应用。但这种被广泛使用的材料有非常明显的缺点。传统的聚氨酯从原油中提取，合成过程要使用有毒物质，且降解速度缓慢，是一种不环保的材料。目前，研究人员正在讨论开发一种更为安全、可生物降解的替代材料，可以通过废物利用，从鱼头、鱼骨、鱼皮和内脏等残骸中获取。研究人员在2021年4月5日的美国化学学会（ACS）春季会议上公布了他们的研究成果。
如果研制成功，基于鱼油的聚氨酯有助于满足人们可持续塑料的巨大需求，该项目首席研究员Francesca Kerton博士说。“最重要的是，我们开始在设计中考虑塑料到使用寿命时应当如何处理，比如是通过化学降解将材料转换为二氧化碳和水，还是不断的循环利用。”
为了设计这种新材料，Kerton的团队从大西洋鲑鱼的残骸中提取鱼油，这些残骸是鱼类被加工处理、推向市场后留下的废弃部位。“我觉得如何实现废物利用是一件非常有趣的事情，这还可能改变塑料的生产方式。”研究生Mikhailey Wheeler在会上介绍了这项研究。Kerton和Wheeler都就读于加拿大纽芬兰纪念大学（Memorial University of Newfoundland）。
（图片来源：stux/Pixabay）
传统的聚氨酯生产方法存在许多环境和安全问题。生产所需要的原油是一种不可再生资源，还要用到无色且有剧毒的光气（碳酰氯）。合成产生的异氰酸酯对呼吸道有强烈的刺激，最终产物在自然环境中也不易分解。有限的生物降解作用也会释放出致癌化合物。与此同时，人们对更环保替代品的需求日益增长。此前，已经有研究人员设计出了新型聚氨酯，即使用基于植物衍生物的油来替代石油。然而这样的油也有缺点：产油作物主要是大豆，生产大豆就需要土地，但土地是要用于生产粮食的。
（图片来源：Wild0ne/Pixabay）
Kerton认为，鱼的残骸是一种更有希望的替代品。鲑鱼养殖业是纽芬兰沿海地区的重要产业之一，而她就读的大学就位于这里。鱼经过加工后，剩下的部分通常会被丢弃，有时也会用来提取油。Kerton和同事们开发出一种方法，可以将这种鱼油转化为类似聚氨酯的聚合物。首先，他们会以一种可控的方法向不饱和油中添加氧气，形成类似环氧树脂分子的环氧化合物。这些环氧化合物与二氧化碳反应后，研究团队将生成的分子与含氮胺连接起来，合成新的材料。
但是这样的塑料会闻起来有鱼腥味吗？“在我们开始处理鱼油时，会有微弱的鱼腥味，但在经过一系列的操作之后，这种腥味已经没有了。”Kerton说。
Kerton和她的研究团队在2020年8月发表的一篇论文中描述了这种方法，随后Wheeler对此进行了优化。最近，她成功地将胺类物质换成了氨基酸，简化了化学反应。他们之前使用的胺必须从腰果壳中提取，但氨基酸在自然界中广泛存在。Wheeler 的初步研究结果表明，组氨酸和天冬酰胺可以共同连接聚合物的组分，从而取代胺的作用。
在其他实验中，他们已经开始研究这种新材料在使用寿命结束后分解的可能性有多大。Wheeler把这种材料的碎片浸泡在水中，以加速它们的降解，她还添加了脂肪酶，这是一种分解鱼油中脂肪的酶。之后，她在显微镜下看到所有样本上都有微生物生长，包括那些浸泡在普通水中的样本。Wheeler说，这是一个令人鼓舞的结果，它表明这种材料或许能很快被生物降解。
Kerton和Wheeler计划继续测试在合成过程中使用氨基酸的效果，并研究这种材料适宜微生物生长的程度，微生物能够加速材料的分解。他们还打算研究它的物理特性，以了解它在现实世界中的潜在应用，如包装或服装纤维。
翻译：胡琦琳
审校：戚译引
引进来源：美国化学学会
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