谷宇偉正在紐約熊山州立公園散步，但意想不到的事情引起了他的注意。塑料瓶散落在小路上。附近的湖上仍然漂浮著許多瓶子。在這樣的自然環境中看到塑料垃圾，讓羅格斯大學的化學家停下來，精神一振。
顧開始思考聚合物。它們是長鏈狀分子，構成天然材料和現代塑料。 DNA和RNA是聚合物。蛋白質和纖維素也是如此。不同之處在於天然聚合物最終會分解。另一方面，合成塑料通常會在環境中保留數十年或更長時間。
羅格斯大學藝術與科學學院化學與化學生物學系助理教授顧說：“生物學中到處都使用聚合物，例如蛋白質、DNA、RNA和纖維素，但大自然從未面臨過我們在合成塑料中看到的長期積累問題。”
站在森林裡，他突然明白了原因。
“差異一定在於化學反應，”他說。
複製自然的內置退出策略
顧意識到，如果天然聚合物能夠發揮其功能但會消失，那麼人造塑料也可以做到同樣的效果。他已經知道生物聚合物幾乎沒有固有的化學特性，無法使其鍵在適當的時間斷裂。
“我想，如果我們複製這種結構技巧會發生什麼，”他說。 “我們能讓人造塑料具有同樣的性能嗎？”
這個問題會帶來進步。在發表於的一項研究中 自然化學顧和他的羅格斯大學同事表明，使用這種受自然啟發的方法有助於塑料在日常條件下分解。不使用高溫或刺激性化學品
“我們希望解決現代塑料面臨的最大挑戰之一，”顧說。 “我們的目標是找到新的化學策略，使塑料在日常條件下自然降解，而不需要特殊處理。”
聚合物和化學鍵如何發揮作用？
聚合物由重複單元組成。很多事情都聯繫在一起。就像繩子上的珠子一樣，塑料也屬於這一類，DNA、RNA 和蛋白質也是如此。 DNA 和 RNA 由稱為核苷酸的小單元鏈組成。雖然蛋白質是由氨基酸組成的，
將這些單元結合在一起的是化學鍵。它們在分子水平上就像膠水一樣。在聚合物中，這些鍵將一個結構單元連接到另一個結構單元。牢固的粘合使塑料經久耐用。但它也使得掉落時更難破裂。顧的研究重點是在使用過程中設計牢固的結合。但以後需要分解的時候就更容易破裂了。
具有內置弱點的可編程塑料
這項研究不僅使塑料可生物降解。這允許對細分進行編程。
關鍵的發現涉及塑料碎片化學結構的仔細排列。為了讓它處於正確的位置，在受到刺激時開始分裂，顧將其比喻為折疊紙張的想法，以便它可以輕鬆地沿著折疊處撕裂，從而在分子水平上提前有效地“折疊”結構。因此，塑料的分解速度比普通塑料快數千倍。
儘管內部存在漏洞，但塑料的整體化學成分保持不變。這意味著它仍然強大且有用，直到突然退化。
顧說：“最重要的是，“通過控制它們的方向和位置，我們發現這些相鄰基團的精確空間排列顯著改變了聚合物降解的速度。 ”我們可以使同一種類型的塑料可生物降解數天、數月甚至數年。
將塑料的使用壽命與實際使用相匹配。
這種控制水平使得塑料能夠持久地達到其預期用途。食品包裝只需一天時間。同時，汽車零部件必須儲存多年。研究人員表明，降解可以從一開始就產生，也可以稍後使用紫外線或金屬離子激活。
潛在的應用不僅僅限於減少塑料污染。顧說，同樣的化學物質可能會導致膠囊或塗層中的延時藥物輸送。一段時間後會自行刪除
“這項研究不僅為更環保的塑料打開了大門；而且還擴展了在許多領域設計智能、響應性聚合物材料的工具箱，”他說。
安全測試和未來的道路
對於顧來說，長期願景很簡單。塑料應該發揮其作用並消失。
“我們的策略提供了一種實用的、基於化學的方法來重新設計這些材料。這樣這些材料在使用過程中能夠繼續表現良好。但之後它自然會崩潰，”他說。
早期的實驗室測試表明，塑料分解時產生的液體無毒，但顧強調還需要進一步測試來確認長期安全性。
回顧過去，顧說他很驚訝在安靜的徒步旅行中提出的想法實際上有效。
“這是一個簡單的想法。模仿自然的結構來實現相同的目標，”他說。 “但看到它成功真是令人難以置信。”
擴大研究範圍
顧和他的團隊正在進一步推動這項研究。他們正在仔細檢查小零件。分解後留下的塑料會對生物或生態系統構成風險嗎？確保材料整個生命週期的安全。
他們還在探索如何將化學方法應用於普通塑料並集成到現有的製造工藝中。與此同時，他們正在測試該方法是否可用於製造在嚴格控制的時間釋放藥物的膠囊。
儘管技術挑戰仍然存在，但顧相信，隨著與專注於可持續發展的塑料製造商的合作，發展將繼續下去。這種化學物質可以應用到日常產品中。
參與這項研究的其他羅格斯大學科學家包括 Gu 實驗室的博士生 Shaozhen Yin，他是該論文的第一作者；王璐，化學與化學生物學系副教授；張睿，王實驗室博士生； N. Sanjeeva Murthy，生物材料研究實驗室研究副教授；以及前訪問本科生周瑞豪。
