ラトガース大学の化学者が、自然ポリマーを模倣して需要に応じて分解する新しいタイプのプラスチックを開発し、環境汚染を潜在的に低減する可能性がある。ハイキング中のプラスチック廃棄物に着想を得て、Yuwei Guのチームは過酷な処理なしに日常条件下で分解する材料を設計した。この画期的な成果はNature Chemistryに詳述されており、数日から数年までの分解時間を精密に制御可能。
ラトガース大学の化学・化学生物学科助教授のYuwei Guは、ニューヨークのBear Mountain State Parkでハイキング中に分解性プラスチックのアイデアを思いついた。そこで、トレイル沿いや近くの湖に散乱するプラスチックボトルを見つけ、合成プラスチックがなぜ持続するのか、自然ポリマーであるDNA、RNA、タンパク質、セルロースが最終的に分解するのに対し、という反省を促された。
「生物学はタンパク質、DNA、RNA、セルロースなどのポリマーを至る所で使用しているが、自然は合成プラスチックに見られるような長期蓄積問題に直面しない」とGuは語った。
ポリマーは化学結合でつながった繰り返し単位からなり、強度を提供するが耐久性ももたらし分解を妨げる。Guのチームは自然の構造的特徴——適切なタイミングで結合を弱める小さな化学元素——を再現することに焦点を当てた。これらの元素をプラスチックの分子構造に精密に配置することで、使用中は頑丈だが引き金で急速に崩壊する材料を作成した。
このアプローチにより、分子基の空間配置で調整可能なプログラム可能分解が可能となる。「最も重要なのは、これらの隣接基の正確な空間配置がポリマーの分解速度を劇的に変えることを発見したことだ」とGuは説明した。「その向きと位置を制御することで、同じプラスチックを日単位、月単位、または年単位で分解するよう設計できる。」
分解は常温条件下で起こるか、紫外線や金属イオンで開始可能で、短期食品包装や長期自動車部品などの用途に適する。廃棄物削減以外に、時間制御薬物送達や自己溶解コーティングを支援する。
「この研究は環境に優しいプラスチックの扉を開くだけでなく、多くの分野でスマートで応答性のあるポリマー系材料を設計するためのツールボックスを拡大する」とGuは指摘した。初期テストでは生成液体が無毒であることが示されたが、さらなる安全性評価が進行中。
2025年にNature Chemistryに掲載された研究は、博士課程学生Shaozhen Yinが主導し、副教授Lu Wang、博士課程学生Rui Zhang、研究副教授N. Sanjeeva Murthy、元学部生Ruihao Zhouが貢献した。チームは現在、この化学を製造に統合し、生態系での破片安全性を評価している。
