近日，天津大学联合浙江大学医学院附属口腔医院在Matter期刊刊发了题为“Edible biomineral plastics via crosslinking integration of biomolecules and inorganic ionic oligomers”的研究论文。天津大学化工学院余亚东副研究员为论文第一作者兼通讯作者，天津大学化工学院龚俊波教授与浙江大学医学院附属口腔医院靳文静研究员为共同通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金以及天津大学自主创新基金项目的资助与支持。

  传统生物塑料常因分子链间高密度氢键网络而“一拉就脆”，又因生物分子亲水性而“一湿就软”，且往往依赖有毒、不可降解的交联剂。如何在保持天然可降解性的同时，实现与传统塑料相当的力学性能和环境稳定性，是该领域的关键难题。

  受天然生物矿物（如骨骼）启发，研究团队提出一种“有机-无机交联整合”策略：以磷酸钙寡聚体（CPO）为无机交联分子，在牛血清白蛋白（BSA）/海藻酸钠（SA）网络中让CPO像“纳米种子”一样原位聚合，长出柔性羟基磷灰石（HAP）纳米线。这些纳米线通过氢键和离子键锚定生物分子链，形成从分子到纳米尺度的分级集成网络，从根本上避开了传统纳米填料易团聚、界面结合弱的问题。该策略还可推广至鱼胶原、蚕豆蛋白胨、ε-聚赖氨酸等多种生物分子体系，制备出CSC、BPSC、PSC等多种生物矿物塑料。所制得的生物矿物塑料，不仅力学性能媲美部分传统塑料，还兼具阻燃、耐溶剂、水降解和可被生物消化等特性。

  研究团队利用CPO在BSA/SA网络中均匀分散并原位聚合为HAP纳米线。多种表征证实，BSA/SA链与HAP纳米线之间形成了密集的氢键和离子键；HAP纳米线在基体中均匀分散，有机-无机界面形成“晶态-非晶态”连续结构。当BSA被替换为鱼胶原（CF）、蚕豆蛋白胨（BPM）和ε-聚赖氨酸（PL）时，同样可获得HAP含量约50 wt%的CSC、BPSC和PSC塑料，表明CPO可作为通用交联分子整合多种生物分子链。

图1. BSC塑料的制备、形成动力学与分子间相互作用。

图2. BSC塑料的分级集成结构。

  得益于多重分子间相互作用和有机-无机分级集成结构，BSC塑料的硬度和杨氏模量分别达到约0.153 GPa和6.46 GPa，与PE、PS、PMMA等传统聚合物塑料相当；拉伸强度达18.78 MPa，弹性模量为355.48 MPa，韧性为6.15 MJ m?3。该塑料可加工成复杂形状，组装挂钩可提起500 g重物，经2000次拉伸-弯曲循环后结构保持完整，抗疲劳性优异。

图3. BSC塑料的机械性能。

  BSC塑料含有约52.4 wt%的HAP，赋予其独特的环境稳定性。在多种有机溶剂中浸泡60天仍保持结构完整；暴露于1300°C火焰时仅表面燃烧，整体结构不破坏；水中浸泡2 h质量降至80%，24 h后转变为矿物凝胶，无机组分HAP与骨骼、牙齿矿物相同，可自然回归环境。在湿土中埋藏3天后结构崩解，21天后仅剩少量碎片，表明其可在自然环境中逐步降解。

图4. BSC塑料的环境稳定性、阻燃性与降解性。

  体外细胞实验和体内动物实验表明，BSC塑料与骨髓间充质干细胞共培养表现出良好的细胞活性和增殖能力；小鼠口服后快速代谢，主要组织器官无荧光信号，炎症因子、肝肾功能和血脂指标与空白组无显著差异；斑马鱼暴露于高浓度BSC塑料（最高160 mg/L）21天，行为轨迹、游泳速度和存活率无显著影响，2天内基本降解。值得注意的是，饥饿斑马鱼喂食BSC塑料后存活率达93.3%，表明其不仅安全，还可为生物提供营养支持。

图5. BSC塑料的体外/体内（小鼠）生物相容性评估。

图6. BSC塑料在斑马鱼体内的消化降解与生物安全性。

  该工作通过CPO原位聚合生成柔性HAP纳米线、构筑有机-无机一体化网络，同步兼顾了力学性能、阻燃、耐溶剂、水降解和可食用性。与传统生物塑料依赖有毒交联剂或复杂化学改性的模式相比，该方法实现了材料成形、结构构筑与功能集成的一体化制造，并通过小鼠和斑马鱼模型验证了其生物安全性和可消化性。该研究为解决生物塑料中力学性能、环境稳定性和可降解性之间的性能权衡提供了新的制造与材料设计思路，也为后续面向绿色塑料工业的高性能、可食用生物矿物塑料开发提供了技术基础。

  原文链接：https://doi.org/10.1016/j.matt.2026.103030