摘要：为应对此问题，由美国普渡大学（Purdue University West Lafayette）和行业研究人员组成的团队，获得美国国家科学基金会（NSF）的资助，开发生产坚固可重复使用生物塑料的机制。

塑料产品经常在垃圾填埋场堆积或泄漏到自然栖息地，不仅占用空间，还会危及野生动物的生命安全。

为应对此问题，由美国普渡大学（Purdue University West Lafayette）和行业研究人员组成的团队，获得美国国家科学基金会（NSF）的资助，开发生产坚固可重复使用生物塑料的机制。

塑料生产是一个规模近万亿美元的产业，2022年产量超过4亿公吨。然而，仅有约10%的塑料被回收利用。

普渡大学农业与生物工程系（Department of Agricultural & Biological Engineering）助理教授Karthik Sankaranarayanan与其合作者，获得了来自NSF的700万美元的拨款，用于设计新型酶（一种加速化学反应的蛋白质），将各种生物材料转化为可生物降解的塑料。

该研究项目开发的酶，将具有与目前市场主流塑料相似水平的韧性和可塑性。但是，这些新的生物塑料（聚羟基脂肪酸酯PHAs）并非依赖石油基化学品，而是将利用本土生产的原料（如玉米、糖或农业废弃物）生成。

Sankaranarayanan表示，当今生产的塑料中，近99%是由石油或天然气衍生的石化产品制成，这些原料通常必须从美国境外进口。我们希望利用本地可获得的材料，例如在印第安纳州普遍使用的那些材料。

在保持其机械强度的同时，这些塑料将可以无限循环利用。Sankaranarayanan进一步说明，可以将这些聚合物分解成它们的单个单元，并一次又一次地重复使用。

PHAs在大约一个世纪前就被发现了，但它们可能很脆弱且在高温下不稳定，阻碍了其在消费品或医疗器械中的广泛应用。

普渡大学的研究平台将能够调整最终聚合物的化学结构，使其具有适当水平的机械强度和热稳定性。这将为从包装到生物医学设备等广泛应用领域打开大门。

这个为期三年的科研项目主要关注生物催化，即使用酶来加速高度特异性的反应，在不使用刺激性化学品或极端条件下生产所需产品。生物催化使生物制造成为比传统化学制造更可持续和高效的替代方案。

Sankaranarayanan指出，寻找适应性强的酶是该项目面临的主要挑战之一。我们正在研究的聚酮合酶（PKSs），是一种复杂的酶，能够以装配线方式催化顺序化学反应，产生复杂的抗生素。

然而，它们并非设计用于在开发生物塑料的工业过程中工作。因此，科学家正试图弄清楚如何既能改变它们的自然化学反应以生产所需的生物塑料，又能同时提高工程酶稳定性，使其适合大规模生物制造。

科研关联留学专业解读

新材料是每个时代最伟大的成就之一，自有史以来就一直处于人类繁荣增长、安全生活质量的核心。正是新材料始终为新技术打开大门，无论是在土木、化学、建筑、核能、航空、农业、机械、生物医学，还是电气工程领域。

材料科学家和工程师也始终处于这些科学领域的最前沿。每当我们购买或使用新设备、机器或结构时，材料科学与工程都在影响着我们的生活。

普渡大学的生物塑料研究，与工程学院下的材料工程学院（School of Materials Engineering）所开设的材料工程硕士专业（MS in Materials Engineering）高度吻合。

材料工程专业致力于应用基础科学来理解材料的结构、特性和加工工艺，拓宽和加深学生在该领域应用技能。

材料工程硕士研究领域包括针对半导体、陶瓷、金属、软材料和聚合物的合成制造、加工、表征、设计和建模。此外，其研究领域还包括金属铸件、陶瓷材料、高温材料等，并积极与化学工程学院、农业工程学院等开展合作。

材料工程硕士课程侧重于材料科学与工程的基础知识，并为学生提供在最先进的设施中进行与行业相关的、基于团队的实践体验。教职员工是高度创新、备受尊敬的研究领导者，他们对学院的发展与成长抱有共同的兴趣。

材料工程硕士开设的专业课程包括：

材料工程导论；原子尺度材料科学；材料的电学、光学与磁学性能；材料的力学响应；微观结构表征技术；微观结构的定量分析；表面科学导论；无机材料的生产；先进复合材料制造；固态能量转换的材料与器件；生物材料；高分子合成；微电子与纳米电子学中的材料问题；纳米制造原理与方法等。

材料工程硕士常规申请要求：

（1）申请截止时间：12月1日；

（2）申请文书及材料：简历、目的陈述、成绩单（可提供非正式）、3封推荐信；

（3）标化考试要求：TOEFL-iBT总分最低80分，口语单项至少为21分；IELTS总分最低6.5分，口语单项至少为6.0分。无需提交GRE。

攻读材料工程硕士学位，特别是聚焦于高分子与生物材料方向，将为毕业生打开通往多个前沿行业的职业大门。通过学习掌握材料设计、合成、表征，以及加工的核心技术，使学生成为推动技术革新的关键力量。

在环保与可持续材料领域，学生可在生物塑料公司、包装企业或环保科技公司担任研发工程师。专注于开发生物可降解塑料、高性能生物基聚合物或先进的回收技术，直接应对白色污染挑战。

在医疗器械与生物技术领域，材料工程专业知识可用于设计和制造植入物、药物控制释放系统、组织工程支架等，这些都需要对材料的生物相容性、降解行为，以及机械性能有深刻理解。

在电子与能源领域，对高分子材料电学、光学性能的理解，让就读该专业的学生能够参与开发柔性显示器、有机太阳能电池、新型电池隔膜或固态电解质。

此外，化工制造、航空航天（轻量化复合材料）、汽车工业（高性能聚合物部件），以及咨询与知识产权管理等领域，也高度需求具备扎实材料科学与工程背景的人才。

普渡大学材料工程硕士项目所培养的扎实技能与系统化思维，确保毕业生不仅能够紧跟当前工业发展趋势，更具备引领未来材料创新的能力，在解决全球性挑战和推动技术进步中扮演核心角色。

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来源：鼓韵教育