Nature：這個百年難題，被“它”用48小時完美解決

1907 年，比利時裔美國化學(xué)家利奧·貝克蘭（Leo Baekeland）發(fā)明了一種廉價的、不易燃的通用塑料（即 Bakelite）。這一發(fā)明標志著現(xiàn)代塑料工業(yè)的開始，貝克蘭也因此被后人譽為“塑料之父”。

但是，一度被稱為 20 世紀最偉大發(fā)明之一的塑料，如今也被認為是最失敗的發(fā)明之一，它無處不在，在給人類生活帶來極大便利的同時，也嚴重污染了我們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(shù)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：

那么，“白色污染”的問題是不是就可以迎刃而解了？

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

研究團隊借助人工智能技術(shù)發(fā)明了一種新型酶，這種酶有潛力促進 PET 塑料（塑料的一種，常用于制作飲料瓶、薄膜、包裝等）的大規(guī)?；厥绽茫诜肿铀缴匣厥蘸驮倮盟芰?，可以大大減少不必要的環(huán)境污染。

相關(guān)研究論文以“Machine learning-aided engineering of hydrolases for PET depolymerization”為題，于 4 月 28 日發(fā)表在權(quán)威科學(xué)期刊 Nature 上。

（來源：Nature）

由人工智能創(chuàng)造的生物酶

塑料，已經(jīng)被用于我們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷?，是我們幾乎無法離開的一種必需品。但管理不善的塑料廢棄物，會污染陸地和海洋的生態(tài)環(huán)境。

理論上講，這個問題可以通過塑料回收來避免，但很多塑料的回收并不是簡單的機械回收，而是涉及到熔化和再加工，流程十分復(fù)雜，而且產(chǎn)生的新塑料的質(zhì)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%，多見于各種合成纖維生產(chǎn)、含食物的容器和熱成型等應(yīng)用。

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

另一個潛在的解決方案是使用酶，在過去的 15 年中，關(guān)于塑料回收酶的研究取得了諸多進展，但到目前為止，科學(xué)家們還沒有找到在低溫下高效工作的酶，無法用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)中，阻礙了這一回收策略的發(fā)展。

在此次工作中，研究人員利用機器學(xué)習(xí)模型，預(yù)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 塑料制成的水瓶上進行了測試，并證明了這種酶的有效性。

圖｜借助機器學(xué)習(xí)方法提高酶的性能（來源：該論文）

這種酶讓 PET 塑料的閉環(huán)回收成為了可能，它可以在低于 50 攝氏度的環(huán)境下將塑料分解成更小的單體，然后用化學(xué)方法將其重新聚合。在某些情況下，PET 塑料可以在 24 小時內(nèi)完全被分解掉。

研究團隊表示，這種酶的潛在應(yīng)用包括清理垃圾填埋場和進行環(huán)境補救等。他們計劃在未來的工作中擴大這種酶的產(chǎn)量，以用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)中。

關(guān)于塑料，你知道多少？

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

塑料垃圾難以自然分解，如果流入海洋中，就會導(dǎo)致海洋生物誤食、窒息、中毒等，影響海洋生態(tài)；焚化塑料垃圾也會造成空氣污染，聚氯乙烯（PVC）和聚碳酸酯（Polycarbonates）等塑料，甚至在某些條件下會釋出有害物質(zhì)或內(nèi)分泌干擾素，危害生物的生育機能。

那么，塑料都包括哪些類型？其用途分別是什么？學(xué)術(shù)君總結(jié)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（比如保險桿）。

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。

高沖擊聚苯乙烯（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(shè)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(chǎn)、高爾夫球、釣魚線、汽車涂料。

聚氯乙烯（Polyvinyl chloride，PVC）：管件生產(chǎn)、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。

聚二氯乙烯（Polyvinylidene chloride，PVDC）：包裝（比如食品和藥品）。

聚乙烯（Polyethylene，PE）：薄膜、包裝袋（一般常見塑料袋）、填裝瓶（比如沐浴乳、清潔劑）、水管。

聚碳酸酯 / ABS樹脂（Polycarbonate/Acrylonitrile Butadiene Styrene，PC/ABS）：融合了 PC 和 ABS 塑料，更為堅固，用于汽車內(nèi)裝和外部配件、手機外殼。

2.其他類型塑料及用途

聚甲基丙烯酸甲酯（Polymethyl methacrylate，PMMA）：隱形眼鏡，玻璃（比如有機玻璃）。

聚四氟乙烯（Polytetrafluoroethylene，PTFE）：耐熱，低摩擦涂層：不沾涂層的不沾鍋、水電工用的密封膠帶、游樂場的滑水道等。

聚醚醚酮（Polyetheretherketone，PEEK）：化學(xué)和耐熱熱塑性塑料，生物相容性高，使用醫(yī)療植入，航空航天制品。

聚醚亞酰胺（Polyetherimide，PEI）：具有耐高溫，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不結(jié)晶聚合物。

酚醛樹脂（Phenolics，PF）：俗稱電木，高模量，相對耐熱，耐火和優(yōu)良的聚合物。用于電氣設(shè)備絕緣部件，紙層壓制品，熱絕緣泡沫材料。

尿素甲醛樹脂（Urea-formaldehyde，UF）：餐具、裝飾品、電器零件、配電器具、電話筒、汽車零件、合板、接著劑、涂料、按鈕、容器、麻將牌、時針盤、筷子、衣扣、瓶蓋等。

三聚氰胺-甲醛樹脂（Melamine formaldehyde，MF）：玻璃、餐具、裝飾品、電器配件及外殼、配電盤、機械零件、汽車零件、麗光板、涂料、接著劑、容器、紙、布的樹脂加工。

聚乳酸（Polylactic acid，PLA）：一個可由微生物分解，由玉米淀粉轉(zhuǎn)化。目前市面上可看到的，如水選蛋的透明盒子。

盡管塑料已經(jīng)成為人類生活不可或缺的必需品，但為了解決白色污染問題，保護人類賴以生存的陸地和海洋，人類不僅需要進一步強化環(huán)保意識，同時也需要借助科技的力量，更加綠色地處理塑料垃圾，以及創(chuàng)造更多的綠色的塑料替代品。

參考鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-022-04599

https://www.nature.com/articles/d41586-022-01075-6

https://news.utexas.edu/2022/04/27/plastic-eating-enzyme-could-eliminate-billions-of-tons-of-landfill-waste/

https://en.wikipedia.org/wiki/Plastic

https://en.wikipedia.org/wiki/Plastic_pollution

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