编辑总结
一种坚固的玻璃态超分子聚合物被证明可以通过在盐水中缓慢溶解为可代谢化合物来防止海洋微塑料的形成。本文通过将六偏磷酸钠或硫酸化多糖与胍基硫酸盐通过盐桥连接，可以排除硫酸钠，从而形成一个交联网络，该网络在添加电解质前保持稳定。干燥后的材料是一种可模塑和可回收的热塑性塑料，并且可以通过疏水涂层实现水中稳定性。— Phil Szuromi
研究背景
在海洋中能够代谢的塑料是可持续未来的高度追求目标。在本研究中，东京大学和日本理化学研究所(RIKEN)先进物质科学研究中心的相田卓三(Takuzo Aida)教授团队报道了一种前所未有的塑料，其在机械上坚固，同时由于其在电解质作用下的解离特性，在生物相关条件下可以被代谢。相关论文在Science期刊上发表了题为“Mechanically strong yet metabolizable supramolecular plastics by desalting upon phase separation”的最新论文。本文通过在水中将六偏磷酸钠与二功能或三功能胍基硫酸盐通过盐桥连接，形成一个交联的超分子网络，该网络在未重新补充电解质时具有稳定性。这种非同寻常的稳定性来源于液-液相分离过程，该过程将通过盐桥形成的硫酸钠排除到水丰富的相中。将剩余的浓缩液相干燥可得到玻璃态塑料，这种塑料具有可热塑成型特性，如热塑性塑料，并且通过疏水性Parylene C涂层可以在水中使用。该方法还可扩展到基于多糖的超分子塑料，其适用于三维打印技术。
研究亮点
1.本研究首次通过非共价合成方法，构建了一种既具有机械强度，又能在生物相关条件下代谢的新型超分子塑料。研究者利用六偏磷酸钠（SHMP）与二或三功能胍基硫酸盐（Gu基单体）在水中的盐桥作用，形成一个高密度交联的三维超分子网络，展现出前所未有的强度与可代谢特性。2.实验中，SHMP和胍基单体的混合物通过液-液相分离（LLPS），排除了形成盐桥后生成的硫酸钠，形成一个高度浓缩的液相。这种液相进一步干燥后，得到具有玻璃态特性的热塑性塑料。干燥后的塑料具有热塑性可加工特性，并可通过疏水涂层（如Parylene C）实现水环境中的稳定性。3.实验通过核磁共振（NMR）和动态光散射（DLS）等技术，发现该交联网络在未补充电解质时稳定，而在添加电解质后迅速解离。进一步研究表明，这种解离使塑料能够转化为可代谢的小分子化合物，例如磷酸盐和胺类，满足在海洋环境中的降解需求。
图文解读
图1.通过液液相分离（LLPS）脱盐实现的不可逆超分子聚合。图4. SPs的可回收可降解特性及其向基于多糖的SPs（ChSPs）的应用扩展。
结论展望
本研究开发的交联超分子聚合物是无色、透明、不易燃、机械强度高的高密度（约1.6g/cm³）玻璃态材料，表现出典型的热塑性塑料的松弛行为。超分子聚合物通过LLPS驱动的脱盐从其单体组分中合成，且在重新加盐后可轻松回收，从而实现循环经济。这些超分子聚合物，包括基于多糖的ChS超分子聚合物，不会生成微塑料，因为它们与电解质解离后可被微生物在生物相关条件下代谢。更重要的是，超分子聚合物、ChS超分子聚合物及其单体通常具有较低的突变潜力。展望未来，深入理解超分子聚合物有望在基础科学和实际应用中取得显著进展。我们的研究成果为探索具有潜力补充传统塑料、缓解全球变暖并实现可持续未来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
