将生物酶加入PCL-BC塑胶中,36小时后塑胶完全降解消失在缓冲液中!

现在,塑胶可降解已经不是什么新鲜事了,但是然而可降解并不等于完全分解,许多可降解塑胶最终都无法逃离无法逃离土壤填埋的命运,这依旧会为生态环境带来压力;并且在降解过程中产生的微粒塑胶还会流入生态系统统,为海洋生物、人类的健康带来隐患。这也是科学家们一直以来关注的问题。

最近,《Nature》发布了一项研究成果,加州大学伯克利分校Ting Xu教授团队研发出了一种全新的降解技术,它可以让塑胶在短短两天内被完全降解!

这种降解技术神奇的地方就在于,它仅仅只需要将塑胶浸泡在缓冲溶液中就能完成降解。研究人员在塑胶中加入了生物酶,在一定温度下,酶在适宜的缓冲溶液中会被诱发,然后开始“吞噬”塑胶,进而完成降解。

原理听上去很简单,但想在塑胶中加入酶可不是一件简单的事情。

塑胶作为一种高分子聚合物,连水都无法渗透;想要让酶和塑胶紧紧地结合在一起,研究人员的做法是在塑胶生产的过程中直接加入酶。但酶本身又十分脆弱,在细胞之外的环境里非常容易就不活化。

对此,研究人员在酶外部包裹了一层保护剂RHPs(random heteropolymers),这种保护剂是Ting Xu团队2018年研发出来的,它可以确保酶不聚集在一起、也不会不活化,让单独的酶紧紧抓住塑胶分子链的末端开始“进食”,切断每个链环,阻止微粒塑胶的形成。

并且,在塑胶中嵌入生物酶的方法,也让降解速度变得更快。酶不再是从表面到深层逐渐“吞噬”塑胶,而是内外同时开始开工。

的确,在塑胶中添加酶通常会让影响塑胶自身的一些特性,不过研究团队将酶的重量控制在了塑胶重量的0.02%,因此加工出来的塑胶依旧具有普通塑胶袋的柔韧性和坚固性。

那这种技术在实际应用中表现如何呢?

该酶活性最适温度为40°C

研究人员将一段加入了生物酶的PCL-BC塑胶放在40°C的缓冲溶液中,短短24小时,塑胶就已经面目全非,36小时后,它居然神奇地“消失”了!

同时研究表明,在37°C缓冲溶液中,80%的PLA塑胶可以在一周内被完全降解成乳酸;在ASTM标准下、工业堆肥设施操作温度范围内,50°C下PLA塑胶完全降解需要6天,而PCL塑胶在40°C下完全降解只需要2天。

此外,酶保护剂RHPs在紫外下也可被降解,可谓是彻底的不留痕迹!

最近,康奈尔大学和犹他州立大学在《美国国家科学院院刊》上联合发布的一项研究表明:在海洋和陆地上,微粒塑胶的存在已经更加广泛。微粒塑胶可以通过海洋、公路运输进行传播,如果足够小,微粒塑胶还可以形成气溶胶,随着喷射气流穿越大陆。而这些已经发现的微粒塑胶,都来自于过去几十年来人类倾倒在环境中的垃圾。

由于微粒塑胶的体积非常小(直径在5mm以下),所以很容易被海洋中的浮游生物吃掉,并且会一直存在在动物的胃里,导致它们生病或死亡。

与此同时,作为食物链顶端的动物——人类,到富集作用影响,势必也会在体内积累大量微粒塑胶。

正如研究者Ting Xu所说,她希望这项研究可以提醒人们重视与生态自然的关系。保护环境仅依靠先进的科技技术是不够的,更多还是要依靠我们的自觉和努力。