罗格斯大学化学家开发可编程自毁塑料 模仿天然聚合物降解机制

面对全球日益严峻的塑料污染挑战，罗格斯大学的Yuwei Gu教授及其团队开辟了一条创新性的解决路径，其灵感来源于一次在纽约州熊山州立公园（Bear Mountain State Park）的徒步观察。在目睹被遗弃的塑料瓶在自然环境中长期存在后，Gu教授思考：为何像DNA和RNA这类天然长链分子能够自然降解，而人造合成聚合物却能持续存在？ 这一对比促使他探索一种能使合成材料在完成使命后自然消亡的化学策略。

Gu教授自2023年起担任罗格斯大学助理教授，其研究核心聚焦于大分子仿生学。该团队开发出一种名为“构象预组织”（conformational preorganization）的化学方法，其精妙之处在于模仿了天然聚合物的结构特性。该策略并非引入全新的化学键，而是通过精细调控现有化学键的空间排列，创造出一种分子内的“邻近效应”，极大地加速了键的断裂过程，使得降解能够在日常环境条件下发生，而无需依赖苛刻的化学试剂或高温处理。

这项研究成果于2025年11月28日发表在权威期刊《自然化学》（Nature Chemistry）上。研究人员展示了他们能够精确控制塑料的降解速率，使其降解时间跨越数日、数月乃至数年，从而使材料的寿命与其功能需求相匹配。此外，团队还集成了一个“开关”机制，允许通过紫外光或金属离子等外部信号来精确触发材料的分解过程，为材料的生命周期管理提供了额外的控制维度。 早期实验室测试结果初步表明，降解过程产生的液体产物不具有毒性，但仍需持续深入的研究来完全证实。

构象预组织策略巧妙地解决了材料的稳定性和可降解性之间长期存在的矛盾。由于易裂解键的化学结构本身并未改变，材料在使用期间仍能保持商业聚合物所具备的稳固机械和热学性能，仅通过空间构象的调控来实现降解动力学的调节。 这种方法与生物分子通过构象控制实现酶催化断键的过程形成了类比。

Gu教授及其位于新泽西州新不伦瑞克的团队（隶属于罗格斯大学文理学院化学与化学生物学系）的最终愿景是，材料在完成其既定用途后能够自然消亡。目前，他们正积极寻求商业化合作及兼容性测试，以期将这项技术推向更广阔的应用领域，例如定时药物释放胶囊或自擦除涂层等智能材料的开发。 与传统的回收方法相比，这项基于化学的自毁机制提供了一种更具可持续性的替代方案，将降解的“时机”和“方式”牢牢掌握在设计者手中。