磁性纳米颗粒固定化基因稳定化角质酶催化聚对苯二甲酸乙二醇酯的高效解聚研究

本研究针对PET塑料污染治理难题，通过将热稳定突变体Cut190??SS固定于氨基化磁性纳米颗粒(SPIONs-GLU)，开发出可高效解聚PET为TPA/MHET/BHET单体的新型生物催化剂，在70℃下实现10.10%解聚率，较游离酶效率提升6倍，为塑料循环经济提供创新解决方案。

　　

全球每年产生3.6亿吨塑料垃圾，其中聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)因其芳香族结构难以自然降解，传统热机械回收又会导致材料性能劣化。虽然酶解法能实现PET单体循环利用，但现有PET水解酶存在热稳定性差、仅能表面降解等瓶颈。日本研究人员联合西班牙团队创新性地将基因工程改造的热稳定角质酶Cut190^??SS通过戊二醛交联固定于硅胶包被的氨基化超顺磁性氧化铁纳米颗粒(SPIONs)，开发出兼具磁分离特性与高热稳定性的新型生物催化剂SPIONs-GLU-Cut190^??SS。

关键技术包括：1)共沉淀法制备SPIONs并经TEOS硅烷化、APTES氨基化及戊二醛活化；2)采用中心复合旋转设计(CCRD)优化反应条件；3)HPLC定量分析TPA、MHET和BHET单体产量。

<材料与方法>
通过化学共沉淀合成SPIONs，经硅烷化、氨基化及戊二醛活化构建功能化载体，采用低载量(5 mg/g)和高载量(50 mg/g)两种策略固定Cut190^??SS，通过SDS-PAGE和Bradford法测定固定化效率。

<结论>
固定化使Cut190^??SS在70℃保持稳定活性，最优条件下(6.50% w/v催化剂，50 mg/mL PET)48小时产生13.45±0.87 μmol总单体，解聚率达10.10%，较游离酶提升6倍。非多孔磁性载体有效避免了传统多孔材料的内扩散限制问题。

该研究首次实现Cut190^??SS的纳米固定化，通过基因工程与固定化技术的协同效应显著提升PET解聚效率，为建立塑料闭环回收体系提供关键技术支撑。未来需探索更多固定化策略以进一步提高单体收率，推动酶法回收的工业化应用。