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  近期，天津大學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展，提出可持續(xù)DNA生物塑料的概念，發(fā)展了生物質DNA與可再生離聚物組裝的新策略，成功制備了一種在生產(chǎn)、使用和廢棄后處理全過程均與生態(tài)環(huán)境友好兼容的DNA生物塑料。相關成果發(fā)表在化學領域權威期刊《美國化學會志》（JACS）。第一作者為天津大學博士生韓金鵬（現(xiàn)為浙江大學博士后），合作者為中石油石化研究院張坤玉教授。研究得到國家自然科學基金等資助支持。

  塑料的發(fā)明堪稱20世紀人類社會一大杰作，并被廣泛應用于各行各業(yè)。在給人類生活帶來極大便利的同時，塑料生產(chǎn)、使用和廢棄后處理過程所帶來的環(huán)境和社會問題愈發(fā)嚴重，成為全球性挑戰(zhàn)之一�，F(xiàn)有塑料的生產(chǎn)原料多來自石油化工產(chǎn)品，原料提取過程往往耗能高、污染高，并伴隨溫室氣體和化學副產(chǎn)物的大量產(chǎn)生。當前，全球每年產(chǎn)生5,100-8,800萬噸塑料垃圾，且這一數(shù)字正以驚人的速度逐年增加。塑料垃圾的處置方法主要是填埋（79%）和焚燒（12%），給農(nóng)業(yè)和大氣環(huán)境造成嚴重污染。當塑料被填埋時，通常需要450年以上的時間才可降解。而且，塑料不完全降解產(chǎn)生的微塑料會隨著生物鏈逐漸積累，如微塑料已在雙殼類、魚類和哺乳動物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)，最終將會對人類健康產(chǎn)生不利影響。因此，發(fā)展原料來源豐富多樣，可綠色加工，兼具可降解性和可循環(huán)使用的新材料有望從根本上緩解石油基塑料使用所引起的環(huán)境和社會問題。

  DNA被認為是一種取之不盡、用之不竭的生物高分子，可從生物體內(nèi)提取，包括植物、動物和微生物。據(jù)統(tǒng)計，地球目前DNA總儲量約為500億公噸。如果可以將其中的小部分DNA轉化為 DNA塑料，理論上可以有效緩解日益增長的塑料使用需求。有鑒于此，仰大勇教授課題組開發(fā)了一種低溫加工DNA生物塑料的新方法，制備了一種在生產(chǎn)、使用和廢棄后處理過程均與環(huán)境相兼容的DNA生物塑料。DNA生物塑料的原材料包括天然DNA和離聚物，均來源于生物可再生資源。離聚物是一類分子鏈結構中含有一定量陰陽離子基團的聚合物，兼具離子液體和高分子的諸多優(yōu)點，在自修復材料、智能響應材料和柔性電子器件等新興領域具有廣泛的應用前景。采用低溫加工方法，巧妙地利用DNA與離聚物之間的非共價鍵相互作用，可以將DNA/離聚物復合水凝膠轉化為生物塑料，該過程無化學副產(chǎn)物產(chǎn)生和有機溶劑的使用。與石油基塑料熔融加工策略相比，常溫加工的能耗僅為不到5%，是一種節(jié)約能源的方法。進一步，對于使用過的DNA塑料，可以通過無損回收策略重新制成新的塑料制品使用，也可以在DNA酶的作用下實現(xiàn)可控降解。DNA塑料回收不涉及高分子鏈斷裂，是一種無損、低能耗的簡易塑料回收策略。在實際生產(chǎn)中，現(xiàn)有的工業(yè)化設備可以快速地從藻類和細菌中大量提取生物質DNA，利用這些設備可以實現(xiàn)DNA年產(chǎn)量達數(shù)十萬公噸，展現(xiàn)出巨大的市場生產(chǎn)化潛力。

圖1. 由生物質DNA和離聚物為原料制備的可持續(xù)DNA生物塑料。

  在實際應用中，由于DNA的高度生物相容性，DNA塑料可被加工成生物貼片，結合DNA分子獨特的生物學特性，有望在生物醫(yī)學領域發(fā)揮重要作用。DNA塑料亦可加工成多腔室微結構，在生物傳感、藥物釋放和組織工程等領域具有重要潛力。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器人等領域展現(xiàn)出良好應用前景。此外，受當前水溶性聚合物薄膜廣泛應用的激勵，DNA塑料未來有望在日常生活中使用。

  原文鏈接：https://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，聚焦DNA生物功能材料化學組裝與智能制造，并用于生命分析和疾病治療。

  課題組主頁：http://yanglab-dna.com/