据估计，仅欧盟每年就有5万吨微塑料被有意添加到农用产品、涂料和化妆品中。
不过，研究人员现已开发出一种以丝蛋白为基础的可生物降解系统，可提供一种成本低廉且易于制造的替代品。
这套新系统在多种行业的活性成分递送方面取得了重大进展，尤其适用于农业。
微塑料是微小的塑料颗粒，如今已遍布全球的空气、水和土壤中。人们日益认识到，微塑料构成严重的污染威胁；在世界各地动物和人类的血液中也都发现了微塑料。
这些微塑料中有一些被有意添加到多种产品中，包括农用化学品、涂料、化妆品和洗涤剂。据欧洲化学品管理局称，仅欧盟每年添加的微塑料估计就达5万吨。欧盟已宣布，必须在2025年前淘汰这些添加的、不可生物降解的微塑料，因此各方正在寻找合适的替代品，而目前还没有此类替代品。
如今，麻省理工学院及其他机构的一支科学家团队开发出一种以丝绸为基础的系统，有望提供一种成本低廉且易于制造的替代品。这一新工艺发表在一篇论文中，刊载于期刊Small。论文作者包括麻省理工学院博士后刘慕纯、土木与环境工程学教授贝内代托·马雷利，以及德国和美国化学公司巴斯夫的五位研究人员。
工业产品中广泛使用的微塑料通常用于保护某种特定活性成分，避免其在需要使用前因接触空气或水分而降解。它们能在特定时间段内缓慢释放活性成分，并最大限度地减少对周围环境的不利影响。例如，维生素通常以微胶囊形式装入药片或胶囊中，农药和除草剂也采用类似的包封方式。但目前用于此类微胶囊的材料是塑料，会在环境中长期留存。直到现在，仍没有实用、经济且能够自然生物降解的替代品。
环境中微塑料造成的负担，很大一部分来自其他来源，例如瓶子和包装等较大塑料制品随时间推移而降解，以及汽车轮胎的磨损。马雷利说，要减少这些来源造成的扩散，可能需要分别采取不同的解决方案。欧洲化学品管理局估计，有意添加的微塑料约占环境中微塑料总量的10%至15%；但他说，利用这种源自自然、可生物降解的替代品，这一来源造成的问题或许相对容易解决。
“我们无法用一种适用于所有情况的方案解决整个微塑料问题，”他说。“大数字的10%仍然是个大数字……我们将逐步解决气候变化和全球污染问题，每次解决百分之一。”
刘说，与用于制作精细织物的高品质丝线不同，新型替代材料所用的丝蛋白来源广泛，成本也更低。制作织物所需的精细丝线，需要将蚕茧 painstakingly?；本来慢慢解开。此处应译成细致地解开。
丝绸：微塑料的可生物降解替代品
丝绸被认为可安全用于食品或医疗用途，因为它无毒，并能在人体内自然降解。在实验室测试中，研究人员证明，基于丝绸的涂层材料可用于现有的标准喷雾式制造设备，制成常规的水溶性微胶囊除草剂产品；随后，他们在温室中对玉米作物进行了测试。刘说，测试显示，这种产品的效果甚至优于现有的商业产品，对植物造成的损害也更小。
马雷利说，其他团队也提出过可能适用于小规模实验室研究的可降解包封材料，但“要推动商业应用，就迫切需要实现对高含量活性成分的包封。要产生实际影响，唯一的办法是既用可生物降解的材料替代合成聚合物，又达到同等甚至更好的性能。”
刘解释说，让这种材料适配现有设备的关键，在于丝材料的可调性。通过精确调整丝材料的聚合物链排列并添加表面活性剂，可以精细调节涂层干燥硬化后的性能。即使材料是在水溶液中制备和加工的，最终也可以具有疏水性（排斥水分）；也可以具有亲水性（吸引水分），或介于两者之间。针对具体用途，还可以调整材料，使其特性与所替代的材料相匹配。
为了找到实用的解决方案，刘必须开发一种方法，在包封材料的液滴形成过程中将其冻结，以便详细研究形成过程。她使用一种特殊的喷雾冷冻系统，观察包封的具体运作方式，从而更好地加以控制。某些被包封的“载荷”材料，例如农药、营养物质或酶，可溶于水；另一些则不能，它们与涂层材料的相互作用也各不相同。
“要包封不同的材料，我们必须研究聚合物链如何相互作用，以及它们是否与悬浮液中的不同活性材料相容，”她说。载荷材料与涂层材料混合在溶液中，然后进行喷雾。液滴形成时，载荷通常会嵌入涂层材料的外壳中，无论涂层材料是原有的合成塑料还是新型丝材料。
刘说，这种新方法可以利用无法用于织物的低等级丝绸。目前，大量这类丝绸因没有重要用途而被丢弃。该方法还可以利用废弃的旧丝织物，让这些材料免于被送往垃圾填埋场。
马雷利说，目前全球90%的丝绸产量来自中国，但这在很大程度上是因为中国已掌握了生产织物所需高品质丝线的工艺。不过，这一工艺使用的是散装丝绸，并不要求达到那种品质水平，因此如果该工艺得到广泛应用，其他地区也很容易扩大生产，以满足当地需求。
“这项优雅而巧妙的研究介绍了一种可持续、可生物降解的丝基替代材料，用于替代微塑料包封剂；后者是当前迫切需要应对的环境挑战之一，”加州大学尔湾分校化学与生物分子工程副教授阿隆·戈罗德茨基说。他与这项研究无关。“文中所述材料的模块化特性以及制造工艺的可扩展性，是两大关键优势，预示着这些材料很有希望应用于现实场景。”
康涅狄格州农业试验站站长杰森·怀特也未参与这项研究。他说，这一工艺“有望在多个行业，尤其是农业领域的活性成分递送方面带来重大进展。面对当前和未来的粮食不安全、农业生产以及气候变化相关挑战，我们亟需此类新策略。”
