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Nature：這個百年難題，被“它”用48小時完美解決

來源：學術頭條

發布時間：2022-04-29

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版權歸原作者所有，如有侵權，請聯係我們(men)

1907 年，比利時裔美國化學家利奧·貝克蘭(lan) （Leo Baekeland）發明了一種廉價(jia) 的、不易燃的通用塑料（即 Bakelite）。這一發明標誌著現代塑料工業(ye) 的開始，貝克蘭(lan) 也因此被後人譽為(wei) “塑料之父”。

但是，一度被稱為(wei) 20 世紀最偉(wei) 大發明之一的塑料，如今也被認為(wei) 是最失敗的發明之一，它無處不在，在給人類生活帶來極大便利的同時，也嚴(yan) 重汙染了我們(men) 賴以生存的地球家園。

更可怕的是，這種堅固耐用的材料往往需要數百年才能降解。

問題來了，如果把幾百年的降解時間縮短到幾天，甚至幾小時，就像這樣：

那麽(me) ，“白色汙染”的問題是不是就可以迎刃而解了？

如今，來自德州大學奧斯汀分校（The University of Texas at Austin）、DEVCOM ARL-South 的研究團隊，就為(wei) 解決(jue) “白色汙染”這一世界上最為(wei) 緊迫的問題提供了一個(ge) 新的思路。

研究團隊借助人工智能技術發明了一種新型酶，這種酶有潛力促進 PET 塑料（塑料的一種，常用語製作飲料瓶、薄膜、包裝等）的大規模回收利用，在分子水平上回收和再利用塑料，可以大大減少不必要的環境汙染。

相關(guan) 研究論文以“Machine learning-aided engineering of hydrolases for PET depolymerization”為(wei) 題，於(yu) 4 月 28 日發表在權威科學期刊 Nature 上。

（來源：Nature）

由人工智能創造的生物酶

塑料，已經被用於(yu) 我們(men) 日常生活的方方麵麵，是我們(men) 幾乎無法離開的一種必需品。但管理不善的塑料廢棄物，會(hui) 汙染陸地和海洋的生態環境。

理論上講，這個(ge) 問題可以通過塑料回收來避免，但很多塑料的回收並不是簡單的機械回收，而是涉及到熔化和再加工，流程十分複雜，而且產(chan) 生的新塑料的質量也不如原始塑料。

PET 塑料是日常生活中比較常見且安全的塑料，占全球塑料垃圾的 12%，多見於(yu) 各種合成纖維生產(chan) 、含食物的容器和熱成型等應用。

PET 塑料可以通過被分解為(wei) 分子級單體(ti) 進行回收，但標準的化學解聚過程是能源密集型的，需要大量的堿和酸，因此在經濟上或生態上都不可行。

另一個(ge) 潛在的解決(jue) 方案是使用酶，在過去的 15 年中，關(guan) 於(yu) 塑料回收酶的研究取得了諸多進展，但到目前為(wei) 止，科學家們(men) 還沒有找到在低溫下高效工作的酶，無法用於(yu) 大規模工業(ye) 生產(chan) 中，阻礙了這一回收策略的發展。

在此次工作中，研究人員利用機器學習(xi) 模型，預測了新型酶中的哪些突變可以讓廢棄塑料在低溫下快速分解，他們(men) 在 51 種塑料容器、5 種不同的聚酯纖維和織物，以及所有由 PET 塑料製成的水瓶上進行了測試，並證明了這種酶的有效性。

圖｜借助機器學習(xi) 方法提高酶的性能（來源：該論文）

這種酶讓 PET 塑料的閉環回收成為(wei) 了可能，它可以在低於(yu) 50 攝氏度的環境下將塑料分解成更小的單體(ti) ，然後用化學方法將其重新聚合。在某些情況下，PET 塑料可以在 24 小時內(nei) 完全被分解掉。

研究團隊表示，這種酶的潛在應用包括清理垃圾填埋場和進行環境補救等。他們(men) 計劃在未來的工作中擴大這種酶的產(chan) 量，以用於(yu) 大規模工業(ye) 生產(chan) 中。

關(guan) 於(yu) 塑料，你知道多少？

塑料是指以高分子量的合成樹脂/石油為(wei) 主要組分，加入適當添加劑，如增塑劑、穩定劑、抗氧化劑、阻燃劑、潤滑劑、著色劑等，經加工成型的塑性（柔韌性）材料，或固化交聯形成的剛性材料。

塑料垃圾難以自然分解，如果流入海洋中，就會(hui) 導致海洋生物誤食、窒息、中毒等，影響海洋生態；焚化塑料垃圾也會(hui) 造成空氣汙染，聚氯乙烯（PVC）和聚碳酸酯（Polycarbonates）等塑料，甚至在某些條件下會(hui) 釋出有害物質或內(nei) 分泌幹擾素，危害生物的生育機能。

那麽(me) ，塑料都包括哪些類型？其用途分別是什麽(me) ？學術君總結了一些常見塑料和特殊塑料，以供讀者參考：

1.常見塑料類型及用途

聚對苯二甲酸乙二酯（Polyethylene terephthalate，PET）：飲料瓶、薄膜、包裝。

聚丙烯（Polypropylene，PP）：食品包裝、家用電器、汽車配件（比如保險杆）。

聚苯乙烯（Polystyrene，PS）：包裝材料、食品包裝、一次性杯子、盤子、餐具、CD 和 DVD 文件夾。

高衝(chong) 擊聚苯乙烯（High impact polystyrene，HIPS）：包裝材料、一次性杯子。

ABS 樹脂/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（Acrylonitrile butadiene styrene，ABS）：涵蓋電子設備（比如顯示器、打印機、鍵盤）。

聚酯（Polyester，PES）：纖維、紡織品。

聚酰胺（Polyamides，PA）：纖維生產(chan) 、高爾夫球、釣魚線、汽車塗料。

聚氯乙烯（Polyvinyl chloride，PVC）：管件生產(chan) 、浴簾、窗框和地板覆蓋物。

聚氨酯（Polyurethanes，PU）：泡沫保溫、防火、滅火泡沫。

聚碳酸酯（Polycarbonate，PC）：光盤、太陽鏡、防護罩、安全眼鏡、指示燈、鏡片。