將生物酶加入PCL-BC塑膠中,36小時後塑膠完全降解消失在緩衝液中!

將生物酶加入PCL-BC塑膠中,36小時後塑膠完全降解消失在緩衝液中!

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現在,塑膠可降解已經不是什麼新鮮事了,但是然而可降解並不等於完全分解,許多可降解塑膠最終都無法逃離無法逃離土壤填埋的命運,這依舊會為生態環境帶來壓力;並且在降解過程中產生的微粒塑膠還會流入生態系統,為海洋生物、人類的健康帶來隱患。這也是科學家們一直以來關注的問題。

最近,《Nature》發布了一項研究成果,加州大學柏克萊分校Ting Xu教授團隊研發出了一種全新的降解技術,它可以讓塑膠在短短兩天內被完全降解!

泡一泡就消失

這種降解技術神奇的地方就在於,它僅僅只需要將塑膠浸泡在緩衝溶液中就能完成降解。研究人員在塑膠中加入了生物酶,在一定溫度下,酶在適宜的緩衝溶液中會被誘發,然後開始「吞噬」塑膠,進而完成降解。

原理聽上去很簡單,但想在塑膠中加入酶可不是一件簡單的事情。

將生物酶加入PCL-BC塑膠中,36小時後塑膠完全降解消失在緩衝液中!

塑膠作為一種高分子聚合物,連水都無法滲透;想要讓酶和塑膠緊緊地結合在一起,研究人員的做法是在塑膠生產的過程中直接加入酶。但酶本身又十分脆弱,在細胞之外的環境裡非常容易就不活化。

對此,研究人員在酶外部包裹了一層保護劑RHPs(random heteropolymers),這種保護劑是Ting Xu團隊2018年研發出來的,它可以確保酶不聚集在一起、也不會不活化,讓單獨的酶緊緊抓住塑膠分子鏈的末端開始「進食」,切斷每個鏈環,阻止微粒塑膠的形成。

將生物酶加入PCL-BC塑膠中,36小時後塑膠完全降解消失在緩衝液中!

並且,在塑膠中嵌入生物酶的方法,也讓降解速度變得更快。酶不再是從表面到深層逐漸「吞噬」塑膠,而是內外同時開始開工。

這樣加工出來的塑膠還會好用嗎?

的確,在塑膠中添加酶通常會讓影響塑膠自身的一些特性,不過研究團隊將酶的重量控制在了塑膠重量的0.02%,因此加工出來的塑膠依舊具有普通塑膠袋的柔韌性和堅固性。

那這種技術在實際應用中表現如何呢?

將生物酶加入PCL-BC塑膠中,36小時後塑膠完全降解消失在緩衝液中!

該酶活性最適溫度為40°C

研究人員將一段加入了生物酶的PCL-BC塑膠放在40°C的緩衝溶液中,短短24小時,塑膠就已經面目全非,36小時後,它居然神奇地「消失」了!

同時研究表明,在37°C緩衝溶液中,80%的PLA塑膠可以在一周內被完全降解成乳酸;在ASTM標準下、工業堆肥設施操作溫度範圍內,50°C下PLA塑膠完全降解需要6天,而PCL塑膠在40°C下完全降解只需要2天。

將生物酶加入PCL-BC塑膠中,36小時後塑膠完全降解消失在緩衝液中!此外,酶保護劑RHPs在紫外下也可被降解,可謂是徹底的不留痕跡!

One More Thing

最近,康乃爾大學和猶他州立大學在《美國國家科學院院刊》上聯合發表的一項研究表明:在海洋和陸地上,微粒塑膠的存在已經更加廣泛。微粒塑膠可以透過海洋、公路運輸進行傳播,如果足夠小,微粒塑膠還可以形成氣溶膠,隨著噴射氣流穿越大陸。而這些已經發現的微粒塑膠,都來自於過去幾十年來人類傾倒在環境中的垃圾。

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由於微粒塑膠的體積非常小(直徑在5mm以下),所以很容易被海洋中的浮游生物吃掉,並且會一直存在在動物的胃裡,導致它們生病或死亡。

與此同時,作為食物鏈頂端的動物——人類,到富集作用影響,勢必也會在體內積累大量微粒塑膠。

加州大學柏克萊分校Ting Xu教授

正如研究者Ting Xu所說,她希望這項研究可以提醒人們重視與生態自然的關係。保護環境僅依靠先進的科技技術是不夠的,更多還是要依靠我們的自覺和努力。

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