化学酶级联解聚技术：塑料废弃物可持续转化的创新路径

面对传统化学回收方法效率低、环境影响大的挑战，Shengwei Sun和Per-Olof Syrén团队开创性地提出化学酶级联解聚策略。该研究通过化学预处理与生物催化的协同作用，成功实现聚乙烯(PE)、聚氨酯(PU)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等塑料的高效解聚，将转化效率提升至27%，为建立塑料循环经济提供了兼具选择性与可持续性的解决方案。

　　

塑料污染已成为21世纪最严峻的环境挑战之一。自1950年以来，全球塑料产量呈指数级增长，2022年已达4亿吨，但仅有9%得到回收。传统热解和化学解聚方法面临能耗高（≥500°C）、产物复杂等瓶颈，而纯酶解法对高结晶度塑料（如结晶度≥30%的PET）效率低下。这种困境催生了化学与生物技术融合的创新解决方案——化学酶级联解聚技术。

在《Communications Chemistry》发表的最新研究中，研究团队通过多学科交叉方法系统评估了该技术的可行性。关键技术包括：1）微波辅助水解预处理（200°C/1-2h）结合固态核磁共振表征聚合物构象变化；2）机器学习优化的PETase/S238A变体酶筛选；3）四酶级联系统（用于PE解聚）与新型脲烷酶（用于PU降解）的开发；4）代谢工程改造实现单体到高值化合物（如生物塑料）的转化。

【化学酶协同机制】

研究首次提出"构象选择"理论模型：微波预处理使PET分子链从gauche构象转为trans构象，而工程化S238A PETase对trans构象显示特异性识别。这种预处理-酶解协同使工业级PET瓶的降解效率提升3倍，克服了FAST-PETase对高结晶PET仅产生0.09-0.14 mM单体的局限。

【聚乙烯解聚突破】

采用mCPBA氧化-超声预处理结合四酶级联（P450过氧化物酶/醛脱氢酶/烯酸水合酶/β-氧化酶），首次实现27%低分子量PE转化。原子力显微镜证实粒径减小，GC-MS检测到ω-羟基羧酸等产物，为惰性C-C键活化提供新思路。

【聚氨酯升级回收】

创新性采用乙二醇解聚-脲烷酶水解双步法：化学步骤在锡催化剂作用下生成二氨基甲酸酯中间体，微生物源脲烷酶将其转化为甲苯-2,4-二胺(TDA)，为聚醚型PU回收开辟新途径。

【技术优势与挑战】

相比传统方法，该技术具有三大优势：1）反应温度从500°C降至100-200°C；2）产物选择性提高（如PET单体收率增加200%）；3）可处理混合塑料（PET/PLA）。但当前仍面临化学试剂毒性（如mCPBA）、多酶系统成本高、工业化放大等挑战。

该研究的里程碑意义在于：1）建立首个化学-酶协同的塑料循环技术框架；2）通过构象工程突破生物催化瓶颈；3）为难以回收的聚烯烃提供潜在解决方案。作者建议未来重点开发：1）结合LC-MS/MS的原位监测技术；2）计算机设计的全新酶（de novo enzyme）；3）塑料结合域增强系统。这些突破将推动塑料回收率从当前9%向2060年17%的目标迈进，最终实现"塑料负排放"的可持续发展愿景。