- 來源：降解塑料專委會
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- 發(fā)布時間：2024-11-29
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近日，中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院的研究團隊在國際知名期刊《Nature Chemical Biology》上發(fā)表了一項關(guān)于“活”塑料的開創(chuàng)性研究，提出了一種通過合成生物學(xué)手段，利用微生物實現(xiàn)塑料自我降解的新策略。這一創(chuàng)新不僅有望徹底改變當(dāng)前塑料廢棄物處理的模式，也為未來的環(huán)保技術(shù)提供了新思路和新方向。
此次中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院的研究團隊所提出的“活”塑料概念，為解決上述挑戰(zhàn)提供了一條嶄新的路徑。研究團隊利用合成生物學(xué)和基因編輯技術(shù)，對特定微生物進行改造，使其在一定條件下可以產(chǎn)生塑料降解酶。這些降解酶可以有效地分解塑料中的高分子鏈，從而將塑料降解為環(huán)境中無害的小分子。
整體研究思路
更為創(chuàng)新的是，研究人員將這些酶的生成孢子嵌入到塑料基質(zhì)內(nèi)部，使塑料材料本身具備了自我降解的能力。這意味著，在塑料制品的生命周期結(jié)束時，只需要特定的激活條件（例如一定的濕度、溫度或特定的化學(xué)信號），塑料中的微生物孢子就會被激活，從而啟動塑料的降解過程。這樣一來，塑料在實際使用過程中保持了其原有的物理性能，但在需要時可以通過自我降解減少對環(huán)境的負擔(dān)。
兩種酶對PCL塑料的降解機理示意圖
這一技術(shù)的實現(xiàn)主要依靠三大關(guān)鍵步驟：基因編輯、材料嵌合與條件激活。
首先，研究人員通過合成生物學(xué)手段，對具有降解能力的微生物進行基因編輯，使其能夠在塑料環(huán)境中保持存活并分泌特定的降解酶。此過程需要確保微生物對外界環(huán)境的適應(yīng)能力，特別是在缺乏營養(yǎng)的塑料表面依然能夠有效工作。
接下來，研究人員通過材料嵌合技術(shù)，將這些微生物的孢子嵌入到塑料基質(zhì)中。在這個過程中，如何確保微生物在嵌合到塑料材料中后仍具備活性，是技術(shù)實現(xiàn)的關(guān)鍵之一。研究團隊通過反復(fù)的實驗，選擇了適合的嵌合方式，使得微生物孢子能夠在塑料基質(zhì)中長期保持活性，同時不會影響塑料材料在正常使用過程中的力學(xué)性能。
最后，通過外部條件的激活來啟動降解過程是這一技術(shù)的核心創(chuàng)新之一。研究人員發(fā)現(xiàn)，通過控制濕度、溫度以及化學(xué)物質(zhì)的濃度，可以有效激活嵌入塑料中的微生物，使其開始分泌降解酶。這一條件激活的設(shè)計確保了塑料在使用階段的穩(wěn)定性和在廢棄階段的可降解性。
中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院的“活”塑料研究，為塑料污染問題的解決提供了一種全新的思路。這項創(chuàng)新不僅在技術(shù)上具有重要意義，更在理念上啟示了人們，即材料的設(shè)計不應(yīng)只關(guān)注其使用性能，還應(yīng)將其全生命周期的環(huán)境影響納入考量。
未來，隨著合成生物學(xué)與材料科學(xué)的進一步融合，我們有望看到更多類似的創(chuàng)新成果，推動人類社會走向更加環(huán)保和可持續(xù)的發(fā)展道路。政府、企業(yè)和科研機構(gòu)的共同努力，將是實現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵所在。通過全社會的協(xié)同合作，“活”塑料等綠色材料的廣泛應(yīng)用，必將為解決塑料污染問題、改善地球生態(tài)環(huán)境做出重要貢獻。