ラトガース大学、天然高分子を模倣した自己破壊性プラスチックを開発

ラトガース大学の化学者であるYuwei Gu助教授は、ニューヨーク州ベア・マウンテン州立公園でのハイキング中に廃棄されたペットボトルを観察した経験から、プラスチック汚染問題に対処するための新たな化学的手法を考案した。この光景は、合成高分子が環境中に永続するのに対し、DNAやRNAといった天然の長鎖分子が自然に分解されるのはなぜか、という根源的な問いを彼に抱かせた。

Gu助教授と研究チームは、この生物学的な分解原理を応用し、プログラムされた速度で自己破壊が可能なプラスチックを開発した。彼らが採用したアプローチは「コンフォメーション的プレオーガニゼーション（conformational preorganization）」と名付けられ、天然高分子の構造を模倣している。この戦略では、分解が必要な際に化学結合を容易にするための補助基を組み込むことで、自然界のポリマーの挙動を再現する。新しい結合を考案するのではなく、既存の結合の空間配置を調整し、過酷な化学薬品や熱を必要とせず、日常的な条件下で分解に対して脆弱になるように設計されている。

この生物模倣の概念に基づき、研究者たちは2025年11月28日に『Nature Chemistry』誌に掲載された論文で、材料の寿命をその機能に合わせる形で、プラスチックを数日、数ヶ月、あるいは数年で分解するように設計できることを実証した。Gu助教授は2023年からラトガース大学で助教授を務めており、その研究はマクロ分子の生物模倣に焦点を当て、合成高分子と生命の主要な構成要素であるタンパク質との間のギャップを埋めることを目指している。

さらに、チームは分解を紫外線や金属イオンによって特異的に誘発できるスイッチ機能も組み込み、分解のタイミングに対する制御性を向上させた。初期の実験室試験では、分解によって生じる液体は無毒性である可能性が示唆されたが、完全な確認には継続的な研究が必要である。このアプローチは、時間制御型の薬剤放出カプセルや自己消去性コーティングなど、他の応用への潜在性も持つ。

研究の究極的な目標は、材料がその目的を果たした後、自然に消滅することであり、Gu研究室は現在、商業化と適合性試験のための協力者を積極的に模索している。この生物規範工学へのアプローチは、マイクロプラスチック汚染に対する持続可能な解決策を提供する可能性を秘めており、持続可能なモノづくりと環境技術開発を推進する世界的な潮流と一致している。