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美国科学家研发出新型速效酶 最快24小时内降解塑料制品

财联社上海4月29日(编辑 黄君芝)利用酶来分解塑料垃圾的想法正在获得发展动力,因为一系列的突破表明,酶降解完全可以提高分解效率,甚至将塑料材料降解至简单的分子。

据报道,一项新的研究标志着这个目标又向前迈进了一步,科学家利用机器学习技术设计出一种酶,这种酶可以在短短24小时内降解某些形式的塑料,其稳定性相当可靠,非常适合大规模应用。

十多年来,科学家们一直在探索酶帮助塑料回收的潜力,在过去六年左右的时间里,已经看到了一些重大进展。2016年,日本的研究人员发现了一种细菌,它可以在几周内用酶分解PET塑料。这些酶的一个工程版本,被称为PET酶(PETase),进一步提高了性能,在2020年,科学家开发了一个更强大的版本,可以以6倍的速度消化PET塑料。

美国得克萨斯大学(University of Texas)的一个团队近期着手解决这些酶迄今为止的一些缺点。科学家们表示,这项技术的应用受到一些因素的阻碍,例如在低温和不同的酸碱(pH)范围内不能很好地发挥作用,难以直接处理那些未做预处理的塑料垃圾,以及降解反应速度缓慢。

为了解决这些问题,该团队开发了一个机器学习模型,可以预测PETase中哪些突变能够提供这些能力。这项研究涉及对一系列PET塑料产品的密切研究,包括容器、水瓶和织物,然后利用该模型设计并制造了一种名为FAST-PETase的新改良酶。

研究发现,这种新创造的酶在30至50°C的温度和一系列pH值条件下分解PET塑料的能力非常出色。它能够在一周内几乎完全降解51种不同的未经处理的PET塑料产品,在一些实验中,仅在24小时内就能分解塑料。

科学家们还展示了一个闭环的PET回收过程,其中 FAST-PET酶被用来分解塑料,然后回收的单体被用来重新制造材料。上述研究成果已于近期发表在了《自然》杂志上。

该研究的作者Hal Alper说,“当考虑环境清洁应用时,你需要一种可以在环境温度下工作的酶。这一要求正是我们的技术在未来拥有巨大优势的地方。”

由于能够在低温下快速分解消费后的塑料垃圾,研究人员相信,他们已经找到了一种可携带、负担得起、能够在工业规模上采用的技术。他们已经为这项技术申请了专利,并希望看到它在垃圾填埋场和污染地区得到应用。

Alper说,“利用这一领先的回收过程,各行各业的可能性是无限的。除了明显的废物管理行业,这也为各行各业的企业提供了在回收产品方面发挥带头作用的机会。通过这些更可持续的酶方法,我们可以开始设想一个真正的循环塑料经济。”

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