La técnica de reciclaje de plástico podría ayudar a deconstruir y recrear polímeros

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La técnica de reciclaje de plástico podría ayudar a deconstruir y recrear polímeros

En los Estados Unidos se recicla menos del 10 % de los 380 millones de toneladas métricas de plástico que se generan anualmente, lo que representa un peligro ambiental global debido a la fabricación de plástico y la absorción anual de millones de toneladas de basura en los cuerpos de agua. Cuando se trata de polímeros, como el poliéster, la proporción desciende.

La técnica de reciclaje de plástico podría ayudar a deconstruir y recrear polímeros.

La investigación tendrá implicaciones en la reducción de desechos como una forma más eficiente de descomponer los poliésteres.

Los científicos han buscado formas alternativas de disminuir los desechos plásticos en lugar de renovar su compromiso con los procesos de reciclaje que solo podrían usarse una vez en polímeros particulares. El reciclaje de plástico, o el proceso de deconstrucción y recreación de polímeros, los elementos de construcción fundamentales del plástico, se ha convertido en un área importante de interés.

No necesitamos hacer más. Puede reutilizar los que ya están aquí para hacer un plástico igualmente bueno, o mejor.

Ahora, un equipo dirigido por la Universidad Northwestern ha desarrollado una técnica para mejorar los impactos de una enzima de este tipo que descompone el poliéster, el plástico que se usa para fabricar botellas de refrescos y ropa de bajo costo (y conocido comercialmente como PET), en sus partes constituyentes. un avance que podría ayudar a los ingenieros a formular soluciones para eliminar microplásticos de ríos y océanos.

Sus resultados, que se publicarán en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) el 21 de marzo de 2022, ayudarán al avance de la biotecnología, la biorremediación y la medicina.

Mónica Olvera de la Cruz, de la Universidad Northwestern, autora principal del artículo, señaló que en la regeneración, el plástico se calienta, se descompone y luego se reconstruye en polímeros más débiles y de menor calidad. Sin embargo, con el upcycling, la descomposición de los polímeros en sus componentes esenciales puede dar como resultado plásticos incluso más duraderos que antes.

El equipo de Olvera de la Cruz se propuso establecer una técnica de reciclaje verde que no generará contaminación sino que la eliminará. Los investigadores establecieron un procedimiento que puede reproducirse sin necesidad de solventes adicionales mediante el empleo de una enzima que podría generarse en el laboratorio.

La gente ha descubierto una enzima: una bacteria que come poliéster para sobrevivir y lo convierte en unidades monoméricas. Pero no han podido usarlo porque se descompone a cierta temperatura. Nuestra idea era construir polímeros capaces de encapsular la enzima para proteger su estructura de modo que pueda continuar funcionando fuera de las células vivas y en el laboratorio a temperaturas suficientemente altas para poder descomponer el PET.

Los investigadores crearon polímeros y las condiciones requeridas para preservar con éxito la enzima (llamada PETasa) para que no se deshaga y se vuelva inútil cuando la estructura se calienta. El polímero se compone de una columna vertebral hidrofóbica (repelente al agua) y concentraciones exactas de sus tres componentes predichas por el primer autor y Ph.D. erudito Curt Waltmann para interactuar con los sitios activos de la enzima.

Waltmann descubrió que si el polímero tenía demasiada carga negativa, la enzima se disolvería en agua y el polímero no cubriría lo suficiente la superficie de la enzima para protegerla.

El polímero se combinó con enzimas generadas químicamente después de fabricarse mediante una técnica conocida como polimerización por radicales libres, que une rápidamente los monómeros.

Descubrimos que si juntaba el complejo del polímero con la enzima, y ​​lo acercaba al plástico, y luego lo calentaba ligeramente, la enzima podía descomponerlo en pequeñas unidades monoméricas. Además de operar en un entorno como el que podría limpiar microplásticos, nuestro método ha protegido contra la degradación a alta temperatura, y un estudiante pudo realizar la prueba.

Los científicos abrieron varias oportunidades para la comunidad científica al descubrir un mecanismo para proteger la enzima del calor. El objetivo del equipo es encapsular microplásticos completos en la estructura y luego usar estas enzimas para crear un agregado microplástico.

El Departamento de Energía de EE. UU. ha lanzado un programa para financiar iniciativas de reciclaje de polímeros que ayudarían a reducir el uso de plástico, y Olvera de la Cruz cree que su proyecto ayudará a avanzar en la misión.

Olvera de la Cruz agregó: “Puedes hacer un nuevo polímero con las unidades monoméricas. Estas son cosas peligrosas que son malas para nuestra salud. No necesitamos hacer más. Puedes reutilizar los que ya están aquí para hacer un plástico igualmente bueno, o mejor”.

Abogado Taylor, Profesor de Ciencia e Ingeniería de Materiales, Química e Ingeniería Química y Biológica, Física y Astronomía, y Director del Centro de Computación y Teoría de Materiales Blandos, Olvera de la Cruz, Carolyn Mills, Jeremy Wang, Baofu Qiao, John Torkelson , y Danielle Tullman-Ercek se encuentran entre los investigadores de Northwestern que han trabajado con Olvera de la Cruz y Waltmann.

La Oficina de Ciencias Energéticas Básicas del Departamento de Energía de EE. UU. financió la publicación “Complejos funcionales de enzimas y polímeros” (Contrato DE-FG02-08ER46539).

Referencia de la revista:

Waltmann, C., et al. (2022) Complejos funcionales de enzima-polímero. Procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias. doi.org/10.1073/pnas.2119509119.

Fuente: https://news.northwestern.edu/