寻找一次性塑料的可生物降解替代品，长期以来一直受限于一个根本性障碍：问题的组合规模过于庞大。马里兰大学助理教授陈博彦表示，天然组分多达 23 种以上，包括纤维素、明胶、卡拉胶、谷蛋白、山梨糖醇和甘油，若采用传统试错法测试所有可能的配方组合，预计需要 180 万年。

马里兰大学的一项研究项目目前正直接攻克这一难题，该项目结合人工智能、机器人技术和计算机建模，将研发周期压缩至数月。

复刻传统塑料性能 同时避免环境持久性

该项目由陈博彦牵头，获得美国国家科学基金会 200 万美元资助，核心目标是筛选出能够复刻传统塑料功能性能（强度、不透明度、防潮性），且不具备标准聚合物体系环境持久性的天然物质。

“这是一个没有单一解决方案的重大污染问题。” 陈博彦说。联合国环境规划署估算，全球塑料年产量超过 4.3 亿吨，其中约一半为一次性塑料。每年约有 1100 万吨塑料进入湖泊、河流和海洋，部分材料在环境中可存留 400 年甚至更久。

降解路径的不确定性进一步加剧了技术挑战。例如，洗衣凝珠使用的薄膜材料聚乙烯醇（PVA），其经过标准污水处理后的生物降解特性仍未明确。

此外，研究表明，接触双酚 A（BPA）和邻苯二甲酸酯等塑料添加剂可能会扰乱激素，并与炎症、氧化应激和 DNA 损伤相关，不过终身接触塑料的全部影响仍在积极研究中。另有研究指出，微塑料的存在可能会降低海洋吸收大气中二氧化碳的能力，但这些发现尚处于早期阶段。

可延长食品保质期的食品包装膜

在马里兰大学的该项目中，AI 驱动建模作为双向系统运行：它既能根据成分预测材料特性（包括拉伸强度和附着力），也能生成符合用户指定性能参数的候选配方。

在与美国食品药品监督管理局（FDA）的合作中，研究团队制备出一种掺入铜和壳聚糖（一种源自贝类外壳的碳水化合物）的食品包装膜。据称，该材料具有透明、可堆肥、可调节湿度和抗菌的特性。在对比试验中，这种壳聚糖基薄膜在 15 天内对黄瓜的保鲜效果优于标准保鲜膜，并延长了牛油果的保质期。

该材料的预期应用不止于食品包装。陈博彦的实验室正在开发适用于办公用品、阻燃电池包装、防紫外线包装和可生物降解药物递送系统的候选材料。

“我们不指望清除已经存在的所有塑料，” 陈博彦说，“但我们希望通过研发已证实安全的替代品，大幅减少未来的塑料生产和污染。”

马里兰大学环境科学中心的并行研究也在利用人工智能加速水和组织样本中的微塑料识别，绘制微塑料的分布、在水系中的迁移路径，以及切萨皮克湾牡蛎等物种的生物暴露情况。

“最让我担忧的是，微塑料无处不在，而我们对其对生态系统和人类健康的影响知之甚少。” 该中心助理研究员克里斯汀・克劳斯说，“开发无害的替代品是我们能做的最重要的事情之一。”