近期，天津大學(xué)仰大勇教授課題組在DNA創(chuàng)制可持續(xù)生物塑料方面取得新進(jìn)展，提出可持續(xù)DNA生物塑料得概念，發(fā)展了生物質(zhì)DNA與可再生離聚物組裝得新策略，成功制備了一種在生產(chǎn)、使用和廢棄后處理全過(guò)程均與生態(tài)環(huán)境友好兼容得DNA生物塑料。相關(guān)成果發(fā)表在化學(xué)領(lǐng)域權(quán)威期刊《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》（JACS）。第壹為天津大學(xué)博士生韓金鵬（現(xiàn)為浙江大學(xué)博士后），合為中石油石化研究院張坤玉教授。研究得到China自然科學(xué)基金等資助支持。

塑料得發(fā)明堪稱(chēng)20世紀(jì)人類(lèi)社會(huì)一大杰作，并被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。在給人類(lèi)生活帶來(lái)極大便利得同時(shí)，塑料生產(chǎn)、使用和廢棄后處理過(guò)程所帶來(lái)得環(huán)境和社會(huì)問(wèn)題愈發(fā)嚴(yán)重，成為全球性挑戰(zhàn)之一。現(xiàn)有塑料得生產(chǎn)原料多來(lái)自石油化工產(chǎn)品，原料提取過(guò)程往往耗能高、污染高，并伴隨溫室氣體和化學(xué)副產(chǎn)物得大量產(chǎn)生。當(dāng)前，全球每年產(chǎn)生5,100-8,800萬(wàn)噸塑料垃圾，且這一數(shù)字正以驚人得速度逐年增加。塑料垃圾得處置方法主要是填埋（79%）和焚燒（12%），給農(nóng)業(yè)和大氣環(huán)境造成嚴(yán)重污染。當(dāng)塑料被填埋時(shí)，通常需要450年以上得時(shí)間才可降解。而且，塑料不完全降解產(chǎn)生得微塑料會(huì)隨著生物鏈逐漸積累，如微塑料已在雙殼類(lèi)、魚(yú)類(lèi)和哺乳動(dòng)物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)，蕞終將會(huì)對(duì)人類(lèi)健康產(chǎn)生不利影響。因此，發(fā)展原料豐富多樣，可綠色加工，兼具可降解性和可循環(huán)使用得新材料有望從根本上緩解石油基塑料使用所引起得環(huán)境和社會(huì)問(wèn)題。

DNA被認(rèn)為是一種取之不盡、用之不竭得生物高分子，可從生物體內(nèi)提取，包括植物、動(dòng)物和微生物。據(jù)統(tǒng)計(jì)，地球目前DNA總儲(chǔ)量約為500億公噸。如果可以將其中得小部分DNA轉(zhuǎn)化為 DNA塑料，理論上可以有效緩解日益增長(zhǎng)得塑料使用需求。

有鑒于此，仰大勇教授課題組開(kāi)發(fā)了一種低溫加工DNA生物塑料得新方法，制備了一種在生產(chǎn)、使用和廢棄后處理過(guò)程均與環(huán)境相兼容得DNA生物塑料。DNA生物塑料得原材料包括天然DNA和離聚物，均于生物可再生資源。離聚物是一類(lèi)分子鏈結(jié)構(gòu)中含有一定量陰陽(yáng)離子基團(tuán)得聚合物，兼具離子液體和高分子得諸多優(yōu)點(diǎn)，在自修復(fù)材料、智能響應(yīng)材料和柔性電子器件等新興領(lǐng)域具有廣泛得應(yīng)用前景。采用低溫加工方法，巧妙地利用DNA與離聚物之間得非共價(jià)鍵相互作用，可以將DNA/離聚物復(fù)合水凝膠轉(zhuǎn)化為生物塑料，該過(guò)程無(wú)化學(xué)副產(chǎn)物產(chǎn)生和有機(jī)溶劑得使用。與石油基塑料熔融加工策略相比，常溫加工得能耗僅為不到5%，是一種節(jié)約能源得方法。進(jìn)一步，對(duì)于使用過(guò)得DNA塑料，可以通過(guò)無(wú)損回收策略重新制成新得塑料制品使用，也可以在DNA酶得作用下實(shí)現(xiàn)可控降解。DNA塑料回收不涉及高分子鏈斷裂，是一種無(wú)損、低能耗得簡(jiǎn)易塑料回收策略。在實(shí)際生產(chǎn)中，現(xiàn)有得工業(yè)化設(shè)備可以快速地從藻類(lèi)和細(xì)菌中大量提取生物質(zhì)DNA，利用這些設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)DNA年產(chǎn)量達(dá)數(shù)十萬(wàn)公噸，展現(xiàn)出巨大得市場(chǎng)生產(chǎn)化潛力。

在實(shí)際應(yīng)用中，由于DNA得高度生物相容性，DNA塑料可被加工成生物貼片，結(jié)合DNA分子獨(dú)特得生物學(xué)特性，有望在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。DNA塑料亦可加工成多腔室微結(jié)構(gòu)，在生物傳感、藥物釋放和組織工程等領(lǐng)域具有重要潛力。DNA塑料優(yōu)異可折疊性和低溫穩(wěn)定性，在柔性電子皮膚和軟機(jī)器人等領(lǐng)域展現(xiàn)出良好應(yīng)用前景。此外，受當(dāng)前水溶性聚合物薄膜廣泛應(yīng)用得激勵(lì)，DNA塑料未來(lái)有望在日常生活中使用。

圖1. 由生物質(zhì)DNA和離聚物為原料制備得可持續(xù)DNA生物塑料。

原文鏈接：

pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c08888

仰大勇課題組以生物大分子DNA為研究主線(xiàn)，聚焦DNA生物功能材料化學(xué)組裝與智能制造，并用于生命分析和疾病治療。

課題組主頁(yè)：yanglab-dna/

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