Nowa technika upcyklingu PET toruje drogę do redukcji mikroplastików
Zespół kierowany przez Northwestern University stworzył podstawę dla techniki wzmacniania działania enzymu rozkładającego poliestry PET — tworzywa w dużej mierze używanego do produkcji butelek po napojach i niedrogich ubrań — na jego podstawowe części. Metoda ta może pomóc inżynierom w opracowaniu rozwiązań do usuwania „mikrodrobin plastiku” z rzek i oceanów.
Monica Olvera de la Cruz z Northwestern wyjaśnia, że podczas upcyklingu rozkładanie polimerów na ich podstawowe składniki czasami pozwala im stać się jeszcze wytrzymalszymi tworzywami sztucznymi niż były wcześniej.
Tak zielony, jak to możliwe
Zespół Olvery de la Cruz miał nadzieję stworzyć jak najbardziej ekologiczny proces upcyklingu; taki, który nie tworzyłby zanieczyszczeń, ale je usuwał. Wykorzystując enzym, który można zsyntetyzować w laboratorium, naukowcy opracowali proces bez użycia innych rozpuszczalników, które można stosować wielokrotnie.
„Ludzie odkryli enzym – bakterię, która zjada poliester, aby przetrwać i przekształca go w jednostki monomeryczne” – powiedziała Olvera de la Cruz. „Ale nie byli w stanie go użyć, ponieważ psuje się w określonej temperaturze. Naszym pomysłem było zbudowanie polimerów zdolnych do kapsułkowania enzymu w celu ochrony jego struktury, aby mógł on nadal funkcjonować poza żywymi komórkami i w laboratorium w wystarczająco wysokich temperaturach, aby móc rozkładać PET”.
Testowanie z nowym polimerem w odpowiednich warunkach
W badaniu zespół zaprojektował polimer i warunki potrzebne do skutecznej ochrony enzymu (zwanego PETazą), tak aby po podgrzaniu struktury PETaza nie rozpadła się i nie stała się nieskuteczna. Polimer składa się z hydrofobowego (odpychającego wodę) szkieletu i bardzo specyficznych stężeń jego trzech składników, obliczonych przez Curt Waltmanna tak, aby wchodzić w interakcje z aktywnymi miejscami enzymu.
Waltmann odkrył, że zbyt duży ładunek ujemny w polimerze oznacza, że enzym rozpuszcza się w wodzie, a polimer nie pokrywa wystarczająco powierzchni enzymu, aby ją chronić. Musiał również uważać, aby nie umieścić w polimerze zbyt wielu składników hydrofobowych, aby polimer umeijscowił się wokół powierzchni PETazy.
Po zsyntetyzowaniu polimeru przy użyciu techniki zwanej polimeryzacją wolnorodnikową, która szybko łączy ze sobą monomery, zmieszano go z chemicznie zsyntetyzowanymi enzymami.
„Odkryliśmy, że po otrzymaniu kompleksu polimeru z enzymem i następnie lekkim podgrzaniu, enzym był w stanie rozbić go na małe, monomeryczne jednostki”. „Oprócz pracy w środowisku, w którym można czyścić mikrodrobiny plastiku, nasza metoda chroniła przed degradacją pod wpływem wysokiej temperatury.
Kapsułkowanie wszystkich mikroplastików
Dzięki znalezieniu sposobu na ochronę enzymu przed ciepłem zespół otworzył wiele drzwi dla społeczności naukowej. Zespół ma na celu zamknięcie w strukturze całych mikrodrobin plastiku, a następnie stworzenie za pomocą tych enzymów agregatów mikrodrobin.
„Można zrobić nowy polimer z jednostek monomerycznych” – powiedziała Olvera de la Cruz.
