塑料污染正成为全球可持续发展的最大威胁之一。自1950年代以来，塑料产量已超过4.5亿吨/年，其中近半数为一次性包装塑料（SUP）。

目前的生物塑料（如PLA与PHB）虽有可降解性，但存在机械性能差、水稳定性不足或需高温工业堆肥等应用瓶颈，难以全面替代石化塑料。

为破解“性能-可降解性”这一两难悖论，科学家亟需设计出既具优异力学性能，又能在常温土壤中快速降解的生物基材料，以满足绿色包装对强度、阻隔性、水稳定性与降解能力的多重需求。

近日，美国密苏里州圣路易斯华盛顿大学的研究人员开发了一种新型的仿生多功能薄膜（LEAFF—Layered, Ecological, Advanced, and multi-Functional Film），其结构灵感来源于天然植物叶片，通过结合纤维素纳米纤维（CNF）和聚乳酸（PLA）的多层结构，实现了优异的机械性能、透明度、防水性和气体阻隔性，同时能够在自然土壤条件下快速完全降解。

这种设计不仅克服了传统生物塑料的局限性，还为可持续包装提供了一种高性能的替代方案。相关成果"Biomimetic layered, ecological, advanced, multi-functional film for sustainable packaging"发表于《Nature Communications》（IF 15.7)。

本文要点

1.仿生结构设计赋能PLA常温降解。研究借鉴天然叶片的多层结构，构建“拟叶仿生膜 LEAFF”：以纤维素纳米纤维（CNF）为骨架，聚乳酸（PLA）为包覆层，并通过异氰酸酯（HMDI）交联界面，兼具强度与可降解性，5周内可在室温土壤中完全降解。

2. 多功能协同实现高性能包装膜。LEAFF同时具备优异机械性能：拉伸强度（118.1±8.6 MPa），弹性模量（10.6±1.2 GPa）、气体阻隔（氧渗透率仅0.772 cm³/m²·d·atm）、高透明度（约 49% 透光率）、水稳定性（36 小时浸水后保留拉伸强度77%）及可印刷性等多重性能。

3. 微生物组调控揭示降解机制。土壤微生物组分析显示：LEAFF降解过程中形成特有微生态环境，富集如Planctoellipticum variicoloris等特殊菌种，推测其通过胞吞样机制助力PLA链的分解；而CNF作为能量补给载体，协同促进PLA降解动力学。

图1. LEAFF的构建与生命周期示意图，展现其从绿色合成、包装应用到5周内完全生物降解的全过程

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