編輯總結
一種堅固的玻璃態超分子聚合物被證明可以通過在鹽水中緩慢溶解為可代謝化合物來防止海洋微塑料的形成。本文通過將六偏磷酸鈉或硫酸化多糖與胍基硫酸鹽通過鹽橋連接，可以排除硫酸鈉，從而形成一個交聯網絡，該網絡在添加電解質前保持穩定。干燥后的材料是一種可模塑和可回收的熱塑性塑料，并且可以通過疏水涂層實現水中穩定性。— Phil Szuromi
研究背景
在海洋中能夠代謝的塑料是可持續未來的高度追求目標。在本研究中，東京大學和日本理化學研究所(RIKEN)先進物質科學研究中心的相田卓三(Takuzo Aida)教授團隊報道了一種前所未有的塑料，其在機械上堅固，同時由于其在電解質作用下的解離特性，在生物相關條件下可以被代謝。相關論文在Science期刊上發表了題為“Mechanically strong yet metabolizable supramolecular plastics by desalting upon phase separation”的最新論文。本文通過在水中將六偏磷酸鈉與二功能或三功能胍基硫酸鹽通過鹽橋連接，形成一個交聯的超分子網絡，該網絡在未重新補充電解質時具有穩定性。這種非同尋常的穩定性來源于液-液相分離過程，該過程將通過鹽橋形成的硫酸鈉排除到水豐富的相中。將剩余的濃縮液相干燥可得到玻璃態塑料，這種塑料具有可熱塑成型特性，如熱塑性塑料，并且通過疏水性Parylene C涂層可以在水中使用。該方法還可擴展到基于多糖的超分子塑料，其適用于三維打印技術。
研究亮點
1.本研究首次通過非共價合成方法，構建了一種既具有機械強度，又能在生物相關條件下代謝的新型超分子塑料。研究者利用六偏磷酸鈉（SHMP）與二或三功能胍基硫酸鹽（Gu基單體）在水中的鹽橋作用，形成一個高密度交聯的三維超分子網絡，展現出前所未有的強度與可代謝特性。2.實驗中，SHMP和胍基單體的混合物通過液-液相分離（LLPS），排除了形成鹽橋后生成的硫酸鈉，形成一個高度濃縮的液相。這種液相進一步干燥后，得到具有玻璃態特性的熱塑性塑料。干燥后的塑料具有熱塑性可加工特性，并可通過疏水涂層（如Parylene C）實現水環境中的穩定性。3.實驗通過核磁共振（NMR）和動態光散射（DLS）等技術，發現該交聯網絡在未補充電解質時穩定，而在添加電解質后迅速解離。進一步研究表明，這種解離使塑料能夠轉化為可代謝的小分子化合物，例如磷酸鹽和胺類，滿足在海洋環境中的降解需求。
圖文解讀
圖1.通過液液相分離（LLPS）脫鹽實現的不可逆超分子聚合。圖4. SPs的可回收可降解特性及其向基于多糖的SPs（ChSPs）的應用擴展。
結論展望
本研究開發的交聯超分子聚合物是無色、透明、不易燃、機械強度高的高密度（約1.6g/cm3）玻璃態材料，表現出典型的熱塑性塑料的松弛行為。超分子聚合物通過LLPS驅動的脫鹽從其單體組分中合成，且在重新加鹽后可輕松回收，從而實現循環經濟。這些超分子聚合物，包括基于多糖的ChS超分子聚合物，不會生成微塑料，因為它們與電解質解離后可被微生物在生物相關條件下代謝。更重要的是，超分子聚合物、ChS超分子聚合物及其單體通常具有較低的突變潛力。展望未來，深入理解超分子聚合物有望在基礎科學和實際應用中取得顯著進展。我們的研究成果為探索具有潛力補充傳統塑料、緩解全球變暖并實現可持續未來的材料提供了重要的一步。Yiren Cheng et al. ,Mechanically strong yet metabolizable supramolecular plastics by desalting upon phase separation.Science386,875-881(2024).DOI:10.1126/science.ado1782
