- 來(lái)源：降解塑料專(zhuān)委會(huì )
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- 發(fā)布時(shí)間：2024-11-29
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近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)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(kāi)創(chuàng )性研究，提出了一種通過(guò)合成生物學(xué)手段，利用微生物實(shí)現塑料自我降解的新策略。這一創(chuàng )新不僅有望徹底改變當前塑料廢棄物處理的模式，也為未來(lái)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(jìn)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(jìn)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(wú)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)內部，使塑料材料本身具備了自我降解的能力。這意味著(zhù)，在塑料制品的生命周期結束時(shí)，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(huì )被激活，從而啟動(dòng)塑料的降解過(guò)程。這樣一來(lái)，塑料在實(shí)際使用過(guò)程中保持了其原有的物理性能，但在需要時(shí)可以通過(guò)自我降解減少對環(huán)境的負擔。
兩種酶對PCL塑料的降解機理示意圖
這一技術(shù)的實(shí)現主要依靠三大關(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(guò)合成生物學(xué)手段，對具有降解能力的微生物進(jìn)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(guò)程需要確保微生物對外界環(huán)境的適應能力，特別是在缺乏營(yíng)養的塑料表面依然能夠有效工作。
接下來(lái)，研究人員通過(guò)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(gè)過(guò)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(shí)現的關(guān)鍵之一。研究團隊通過(guò)反復的實(shí)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(cháng)期保持活性，同時(shí)不會(huì )影響塑料材料在正常使用過(guò)程中的力學(xué)性能。
最后，通過(guò)外部條件的激活來(lái)啟動(dòng)降解過(guò)程是這一技術(shù)的核心創(chuàng )新之一。研究人員發(fā)現，通過(guò)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(kāi)始分泌降解酶。這一條件激活的設計確保了塑料在使用階段的穩定性和在廢棄階段的可降解性。
中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院的“活”塑料研究，為塑料污染問(wèn)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，即材料的設計不應只關(guān)注其使用性能，還應將其全生命周期的環(huán)境影響納入考量。
未來(lái)，隨著(zhù)合成生物學(xué)與材料科學(xué)的進(jìn)一步融合，我們有望看到更多類(lèi)似的創(chuàng )新成果，推動(dòng)人類(lèi)社會(huì )走向更加環(huán)保和可持續的發(fā)展道路。政府、企業(yè)和科研機構的共同努力，將是實(shí)現這一目標的關(guān)鍵所在。通過(guò)全社會(huì )的協(xié)同合作，“活”塑料等綠色材料的廣泛應用，必將為解決塑料污染問(wèn)題、改善地球生態(tài)環(huán)境做出重要貢獻。