新材料：マイクロプラスチックを生成しない藻基プラスチックが試験に合格したことを発見

近年、マイクロプラスチックに関する議論や研究が相次いでいる。マイクロプラスチックは日常のプラスチック製品から脱落した微小でほとんど破壊できない破片である。ほとんどの研究は、環境中のマイクロプラスチックを収集し、除去する方法を設計し、健康上の問題を防ぐことに集中している。

新しい研究では、カリフォルニア大学サンディエゴ校（UC San Diego）と材料科学会社Algenesisの研究者は別の角度からこの問題を解決し、彼らはマイクロプラスチックに研磨されても7ヶ月以内に生分解を完了する植物系ポリマーを開発した。

カリフォルニア大学サンディエゴ校化学・生物化学教授、Algenesis社共同創業者、同研究の著者の1人であるMichael Burkart氏「私たちはマイクロプラスチックの影響を理解し始めたばかりです。すでに存在する材料のために代替品を見つけ、これらの代替品が環境ではなく寿命が終わった後に生分解できるようにしようとしています。これは容易ではありません」と話した。

生分解は微生物がポリマーをより簡単な分子に分解する過程である。ポリマーは微生物によって生成されたプラスチック分解酵素が接触できる化学結合を含み、これらの微生物はポリマーが分解して放出された分子を消費することができることを要求している。注意：すべてのプラスチックはポリマーですが、すべてのポリマーがプラスチックであるわけではありません。

化学・生物化学教授、Algenesis共同創始者で研究報告書の著者ロバート・ボマーロイ（RobertPomeroy氏）は、「約6年前、私たちが初めてこのアルコキシポリマーを作り出した時、私たちの初心はそれが完全に生分解されることを望んでいた。私たちの材料は堆肥から消えていることを示す多くのデータがあるが、これは私たちが微粒子レベルで測定するのは初めてだ」と述べた。

数年前、ボメロイ、バーカルト、分子生物学教授のスティーブン・メイフィールド（StephenMayfield)の藻類を燃料に変換するプロジェクトは、高性能生分解性ポリウレタンの開発の探索に発展した。プラスチックは石油由来であり、石油は藻類由来であることから、研究者は藻油から直接プラスチックを製造し始めた。これにより生成される藻類ポリマーは、TPU-FC 1は、世界初の生分解可能な靴を製造するために使用され、Pomeroyは彼の藻基材料に関する本を書いた。

現在の研究では、研究者は80番のサンドペーパーが入ったベルトマシンを使用してTPU-FC 1を含むを含む様々な材料のマイクロプラスチック。材料ごとに異なるベルトミルを使用して、交差汚染を防止しています。彼らは微生物がマイクロプラスチックを消化したかどうかを調べるために異なる方法を使用している。

まず、家庭用堆肥と同じ条件下で、天然微生物を含む堆肥にマイクロプラスチックを入れた。90日後、堆肥サンプルの検査の結果、TPU-FC 1微粒子は68%減少したが、EVA微粒子の数はほとんど変化しなかった。200日後、TPU-FC 1サンプル中のマイクロプラスチック粒子数は開始時より全体で97%減少した（EVA粒子数に変化はなかった）。

石油基（EVA）と植物基（TPU-FC 1）マイクロプラスチックの粒子カウントによると、EVAは時間が経つにつれて生分解がほとんどなく、TPUから200日にはほとんど消えてしまった。図/SCサンディエゴ

研究者は二酸化炭素（CO 2）を追跡するために同じマイクロプラスチックと堆肥サンプルのセットを使用した含有量を測定し、呼吸計を用いて測定した。微生物が堆肥を分解すると、二酸化炭素ガスが放出されます。純粋セルロース試料は内部対照として、堆肥中の微生物活性の測定方法である背景の「二酸化炭素進化」を監視するために用いられる。セルロースは45日間で75%に達した二酸化炭素の進化量は、堆肥が十分な活性を持っていることを示している。非生分解材料の予想される結果と同様に、EVA微粒子は200日の実験では二酸化炭素の進化は見られなかった。TPU-FC 1マイクロプラスチックの生分解効果は顕著で、200日の時点で二酸化炭素の進化は76%に達した。そのため、呼吸測定法はTPU−FC 1の生分解性、そして生分解の結果の1つはマイクロプラスチック中の炭素を二酸化炭素に変換することであることを証明した。

プラスチックは水に溶けず、水面に浮いてすくわれやすいため、研究チームは次にマイクロプラスチックを水に加えてテストした。90日と200日おきにほぼ100%EVAマイクロプラスチックはすべて回収され、これはすべて生分解が発生していないことを意味します。対照的に、90日後にはTPU-FC 1微粒子の32%しか回収されず、200日後には3%しか回収されなかったの微粒子が回収され、97%の微粒子が生分解されたことを示している。

藻類プラスチックの化学分析によりプラスチックを製造するためのモノマーが検出され、これはポリマーが最初の植物材料に分解されたことを示している。さらに分析すると、細菌はTPU-FC 1を炭素源として使用し、分解できることを確認した。

この研究のもう一人の著者スティーブン・メイフィールド（StephenMayfield）氏は、「この材料は使用中にマイクロプラスチックが発生しない最初のプラスチックです。これは製品のライフサイクルの末端と私たちが混雑しているゴミ埋め立て場に対する持続可能な解決策だけではありません。これは実際には私たちを病気にしないプラスチックです」と述べた。

従来の製造装置を用いた生分解性プラスチックの製造は課題であるが、Algenesis会社は進展している。同社はトレバー（Treleborg）と協力してコーティング織物を生産し、サイの盾（RhinoShield）と協力して携帯電話の保護ケースを生産している。

バーカーター氏は、「私たちがこの仕事を始めたとき、それは不可能だと言われた。今、私たちは異なる現実を見ている。まだやるべきことはたくさんあるが、人々に希望を与えたい。それは可能だ」と話した。

この研究は『科学報告』誌に発表された。