用3d打印的嵌入酶的塑料控制降解

“孵化”几维鸟,演示3D打印和控制塑料降解。

塑料制品中嵌入的酶在其使用寿命结束时可以被触发分解塑料。

这种酶技术提供了一种新的方法,以确保可降解塑料在环境友好的方式快速生物降解。

包埋酶

接穗材料的科学家们一直在研究开发具有成本效益的方法来大规模生产嵌入酶的塑料。这些挑战包括塑料加工过程中热量的使用。许多酶在高温下会变性而失去活性。酶需要被嵌入到塑料中,到目前为止,人们通过使用有毒溶剂或在酶周围使用额外的保护层来包裹酶和塑料。

该团队开发的解决方案看似简单。他们将固体酶与最终研磨的聚己内酯(PCL)混合,这是一种具有低熔点的可生物降解聚酯,并使用3D打印技术模拟工业热塑性加工过程,即塑料被加热到或超过熔点,然后成形(挤压、模压或吹制)。

有前景的结果

人们发现所选的酶在固态时热稳定性非常好。在测试过程中,样品被加热到130°C两小时后仍保持了大部分活性。

该研究小组制作的印刷薄膜在水条件下会分解,降解速率取决于添加到塑料中的酶的数量。一周后,含1%酶的400毫米厚的塑料薄膜失去了原来重量的70%。

通过在塑料降解过程中缓慢释放添加的染料,证明了在生物医学应用中使用受控击穿给药的可能性。

研究人员还能够演示如何控制退化可以用于4D打印,3D打印的物体响应他们的环境和随着时间的变化。用聚乳酸(PLA)打印的猕猴桃包裹在含酶的PCL制成的鸡蛋中。在37°C的缓冲溶液中“孵化”8天后,几维鸟“孵化”了。

这个奇异鸟蛋物体展示了4D打印材料也可以用于生物医学植入物,例如,系统的一部分需要先被人体吸收,然后再被另一部分吸收。

展望未来

固态酶与生物塑料相结合的热塑性加工是一种实用的、无溶剂的、可扩展的、可控制降解的塑料生产方法。虽然这项工作的重点是生物医学应用,但用降解迅速且可预测的生物基塑料取代不可生物降解的聚合物是解决世界塑料垃圾问题的一种可能方法。Scion研究的下一步是与有兴趣将这种技术植入其可堆肥产品的公司合作。

我们希望听到任何人有兴趣一起工作。

有关受控退化接触的更多信息

安吉丽博士绿色

Angelique F. Greene, Alankar Vaidya, Christophe Collet, Kelly R. Wade, Meeta Patel, Marc Gaugler, Mark West, Miruna Petcu和Kate Parker将于2021年上映。3d打印嵌入酶的塑料,生物大分子。https://doi.org/10.1021/acs.biomac.1c00105


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