【摘要】

成功地將酶和生物機械與聚合物連接起來，可以在塑料的制造、利用和處置過程中提供按需改性和 /或可編程降解，但需要在具有大分子底物的固體基質中進行受控的生物催化。嵌入酶微粒會加速聚酯降解，但會損害宿主特性，并無意中加速了微塑料的形成，部分聚合物降解。

4 月 ， 加州大學伯克利分校華人學者 徐婷教授 團隊 表明，通過納米級分散具有深層活性位點的酶，半結晶聚酯可以主要通過具有可編程延遲和材料完整性的鏈端介導的持續解聚進行降解，類似于聚腺苷酸化誘導的信使 RNA 衰變。通過設計酶-保護劑-聚合物復合物，使用具有表面暴露活性位點的酶來實現持續合成也是可行的 。 聚（己內酯）和聚（乳酸）酶含量低于 2%（重量）可在數天內解聚，在標準土壤堆肥和家用自來水中，聚合物到小分子的轉化率高達 98%， 完全消除了當前的需求在堆肥設施中分離和填埋他們的產品。

此外，嵌入聚烯烴中的氧化酶保持其活性。然而，烴類聚合物不像它們的聚酯對應物那樣與酶緊密結合，并且產生的反應性自由基不能對大分子主體進行化學修飾。該研究為酶-聚合物配對和酶保護劑的選擇提供了分子指導，以調節底物選擇性和優化生物催化途徑。 結果還強調了對固態酶學進行深入研究的必要性，特別是在多步酶促級聯中，以解決化學休眠的底物，而 不會造成二次環境污染和 /或生物安全問題 。 相關論文以題為 Near-complete depolymerization of polyesters with nano-dispersed enzymes 發表在《 Nature 》上。

主圖

圖 1：嵌入酶的生物催化降解聚合物。 a、b，兩種降解途徑的示意圖：塑料表面侵蝕與隨機斷鏈（a）和鏈端結合介導的持續解聚，當酶被納米限制為與聚合物鏈端共定位于無定形域時（b）。

納米分散脂肪酶加速 PCL降解

圖 2：PCL-RHP-BC-脂肪酶的表征和降解。 a，b，具有均勻分布的熒光標記的 BC-脂肪酶（a）并與偏振光學顯微鏡圖像（b）重疊的薄膜的熒光顯微鏡圖像。c，透射電子顯微鏡(TEM)圖像顯示 RHP-脂肪酶在半結晶球晶中的摻入。d，RHP-BC-脂肪酶摻入前后PCL的應力-應變曲線。插圖顯示了拉伸試驗之前（左）和之后（右）的 PCL-RHP-BC-脂肪酶狗骨樣品。e，PCL-RHP-BC-脂肪酶樣品的 SAXS 曲線，重量損失為 0、10、25%。插圖顯示了來自具有 50% 重量損失的樣品的橫截面掃描電子顯微鏡 (SEM) 圖像。f，PCL-RHP-BC-脂肪酶在40 °C緩沖液中降解后形成的微塑料顆粒的熒光顯微鏡圖像。

用于連續解聚的酶 -聚合物共混物的設計

圖 3：嵌入的 BC-脂肪酶通過鏈端介導的持續降解來解聚聚酯。 a，PCL-RHP-BC-脂肪酶樣品的剩余質量（藍色實心圓）和結晶度百分比（黑色空心圓）作為 37 °C 緩沖液中降解時間的函數。b，凝膠滲透 表面侵蝕和 BC-脂肪酶限制降解后 PCL 樣品的色譜 (GPC) 。

RHP 調節酶穩定性

圖 4：酶保護劑 (RHP) 與嵌入的酶相關聯，以在熔體加工和熱處理過程中保持活性以程序降解 。a，熔融擠出的PCL-RHP-BC-脂肪酶長絲含有約 0.1wt%的脂肪酶，可在 40 °C 的緩沖液中在 36 小時內幾乎完全轉化為小分子。b，通過熱處理對PCL-RHP-BC-脂肪酶降解進行編程。c，通過降解溫度對 PCL-RHP-BC-脂肪酶降解進行編程。d，RHP 可以調節 PCL-BC-脂肪酶和 PLA-蛋白酶 K 中的解聚。e，含酶的 PCL（左）和 PLA（右）在 ASTM 標準堆肥中很 容易分解。

參考文獻 ：

doi.org/10.1038/s41586-021-03408-3

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