每年，人类活动对环境的负面影响都变得越来越明显。从气候变化和微塑料到无数物种的濒临灭绝，显然我们需要找到实现可持续发展的新方法。幸运的是，许多化学和材料科学等知名领域的研究小组正在孜孜不倦地努力开发解决方案，让我们更接近循环和可持续的经济。
在这方面，一个备受关注的领域是生物质升级再造。它指的是将天然有机材料转化为有价值的产品，例如生物燃料和生物塑料。虽然许多科学研究都集中在植物衍生的生物质上，例如纤维素纤维，但黑色素作为生物质资源的潜力仍未得到充分研究。其中一个主要原因是黑色素(一种复杂但普遍存在的生物聚合物)的分解需要进一步探索。
在最近发表在《ACS 可持续化学与工程》杂志上的一项研究中，由日本千叶大学工程研究生院副教授 Michinari Kohri 领导的研究小组着手解决这一知识空白。他们使用人工和天然来源的黑色素，对黑色素的分解进行了详细分析，并展示了其升级再造的潜力。他们的论文于 2024 年 4 月 19 日在线发布，并于 2024 年 5 月 6 日发表在该期刊第 12 卷第 18 期上。论文由千叶大学工程研究生院的 Takumi Morita 先生和 Keiki Kishikawa 教授、北海道教育大学生物技术与生物工程实验室的 Toshihiko Matsuura 教授以及宫崎大学工程学院的 Hironori Izawa 教授共同撰写。
首先，研究人员利用聚多巴胺合成人工黑色素，得到一种结构与天然黑色素非常相似的聚合物。他们以粉末样品为模型物质，在不同条件下进行了一系列分解测试，并对分解产物进行了一系列分析实验。
之后，他们又对从乌贼墨囊中提取的天然黑色素重复了许多测试。“从资源角度来看，乌贼和鱿鱼墨囊中浓缩的黑色素是易于回收的天然黑色素。鱿鱼和章鱼的捕捞量逐年增加，过去几年徘徊在 300 万吨左右，” Kohri 博士解释说。有趣的是，研究人员发现，人工和天然黑色素都会分解成含有羧酸的吡咯衍生物。这一结果表明，来自其他可再生和易于获取的来源(如昆虫外骨骼、动物毛发或产生黑色素的微生物)的黑色素可以同样用作化学前体。
最后，研究人员利用从人工和天然黑色素中获得的分解产物作为原料，制备了各种聚合物薄膜和颗粒。这些实验证明了黑色素在生物质升级再造中的尚未开发的潜力。“由于黑色素是天然丰富的生物质，最终会被微生物降解，因此使用黑色素分解产物生产的聚合物材料可能也是可生物降解的，” Kohri 博士强调道。“可生物降解的聚合物可以在不损害环境的情况下处理掉，因此，从黑色素分解产物制造聚合物的提议方法可以促进可持续材料的开发。”
总体而言，这项研究的成果可能为广泛采用黑色素循环利用铺平道路，最终有助于我们保护环境。“正如纤维素可以从各种未充分利用的植物中提取出来，纤维素生物质的研究取得了进展一样，我们希望我们的努力能够促进黑色素作为生物质资源的使用，” Kohri 博士展望未来，最后总结道。
我们响应团队对更加环保实践的期望，并期待黑色素回收利用的前景。
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