日学者提出“深海激励化学”新概念

2024-03-21 09:46:16 来源：参考消息网

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日本《朝日新闻》近日发表题为《深海之光——极端环境是创意宝库》的文章，作者是樱井林太郎，编译如下：

在被称为最后未开垦地的深海，有着低温、高压、黑暗等极限环境。能否从这些极限环境中得到启发，将其用于材料开发，进而解决社会问题呢？已经有人提出了这样的研究创意。

海洋占地球表面大约70%的面积。深海是指水深200米以下的海域。深海的最大特点在于压力。每深10米，就会增加1个大气压，世界上最深处的马里亚纳海沟挑战者深渊(深度约10900米)，压力达到1100个大气压。

日本京都工艺纤维大学教授谷口育雄(高分子材料化学)注意到这种压力，开发出了利用高压条件在室温就能成形并具有生物分解性的塑料。

普通塑料需要加热到200度左右才能使材料融化成形，但由于构成塑料的高分子链会因高温而断裂，所以普通塑料很难被回收利用。

新开发的塑料无需考虑温度，只需施加100至500个大气压的压力，就可使材料流动成形。待其回到正常压力后就会变硬，且高分子链不会断裂，因而可以反复回收利用。由于无需加热和冷却，耗电量仅为原有生产方式的三分之一，有助于节约能源。

至于原料，不使用石油，而可利用植物来源的可再生资源和大气中的二氧化碳来制造。谷口估算，如果能替代现有塑料的工作取得进展，日本全部二氧化碳的排放量将减少2%。

而且，还可以用于治理塑料垃圾污染。塑料一旦进入大海，就会与微生物聚集在一起沉入海底。而以新方式开发出的塑料，在水压增高的情况下会变成流动状态，更快得到分解。

谷口表示期待说，“不仅可以替代现有的塑料，也有可能应用于包裹药剂等不耐热物质”。

在深海中，水深超过1千米时，水温会恒定处于5度左右，但被称为“热液喷出孔”的海底温泉属于例外。

日本海洋研究开发机构生命理工学中心负责人出口茂在研究被地球内部岩浆加热到几百度的水喷出后，瞬间被周围冷水冷却的特殊环境。

他发现，在高温高压环境下，水和油这两种本来不相溶的物质会相互融合，如果一下子将其冷却，油分就会变成纳米级别的微小粒子并分散开来，形成“乳化”状态。

他研发出通过快速加热和快速冷却，在实验室中再现与“热液喷出孔”附近相同环境的装置，成功制成直径小于100纳米的纳米油滴。

依靠激烈搅拌混合物来进行乳化的传统乳化技术，是不能形成如此细微颗粒的。传统乳化技术中，颗粒看起来像蛋黄酱，但利用新研发的纳米乳化技术，颗粒看起来是透明或半透明的。

日本食品添加剂制造商三荣源FFI(大阪府丰中市)，利用出口教授的技术，制作出前所未有色调的着色剂，正在进行商品化准备。

公司还利用这一技术，制造出用于果汁中的新型香料，并已开始向大型饮料制造商发货，产品包括苹果、桃子、葡萄、橙子等十多种新型香料。

该公司色彩和健康部门负责人坂田慎高兴地说：“得到客户认可说，‘香味醇厚’。创造了新的价值。”

借鉴生物适应深海严酷环境生存战略的研究也在进行当中。日本海洋研究开发机构研究员立冈美夏子等人在水下200米至几千米深的海底，发现了3种新细菌，它们可以分解纤维素化合物以作为营养来源。

纤维素是生物的营养来源葡萄糖呈直链状的碳水化合物。它是植物细胞壁和纤维的主要成分，地球上存在最多的有机物，但很难被分解。

立冈等人认为，从陆地进入大海的有机物，容易被利用的成分会被消耗，最后被剩下的纤维素可能会被深海中的微生物分解掉，于是锁定了这些新细菌。在低温、光照不足且能量匮乏的深海中，它们是如何有效地分解纤维素的呢？相关研究正在进行当中。

纤维素不仅是营养来源，还可以成为液体燃料、制造药品、塑料等的原料。立冈认为，“如果能够有效分解纤维素，就可以不依赖从国外进口石油，而用源于大自然的可持续资源来进行替代”。

海洋研究开发机构的出口教授，基于从深海获得的灵感，提出了“深海激励化学”这一概念，以促进革命性的技术创新。他指出：“深海充满了开发新技术的启示。如果能从资源经济向知识经济转型，不把海洋作为攫取对象而是学习对象，就能以可持续的方式来利用海洋”。