Enzymer med succes indlejret i plast

Generelt, plast bliver behandlet ved langt over hundrede grader celsius. Enzymer, derimod, kan normalt ikke modstå disse høje temperaturer. Forskere ved Fraunhofer Institute for Applied Polymer Research IAP har formået at forene disse modsætninger:De er i stand til at indlejre enzymer i plast, uden at enzymerne mister deres aktivitet i processen. Potentialerne dette skaber er enorme.

Materialer der renser sig selv, har anti-skimmel overflader eller er endda selvnedbrydende er blot nogle få eksempler på, hvad der vil være muligt, hvis vi formår at indlejre aktive enzymer i plast. Men for at de enzymspecifikke egenskaber skal overføres til materialerne, enzymerne må ikke tage skade, da de er indlejret i plastikken. Forskere ved Fraunhofer IAP har udviklet en løsning på problemet som en del af "Biofunctionalization/Biologization of Polymer Materials BioPol"-projektet. Siden sommeren 2018, projektet har kørt i samarbejde med BTU Cottbus-Senftenberg. Videnskabsministeriet, Forskning og kultur i delstaten Brandenburg finansierer projektet.

"Det stod klart fra starten, at vi ikke var på udkig efter at producere biofunktionaliseret plast i laboratorieskala. Vi ville tage et kæmpe skridt for at vise, at teknisk produktion er mulig, " siger Dr. Ruben R. Rosencrantz, Leder af afdelingen "Biofunctionalized Materials and (Glyco)Biotechnology" hos Fraunhofer IAP, opsummering af de ambitiøse projektmål. Omkring midtpunktet i projektet, store gennembrud er allerede ved at dukke op:Enzymer er blevet indlejret med succes, både hvad angår selve enzymerne og behandlingsteknikken.

Uorganiske beskyttende bærere for højere temperaturstabilitet

Søger en måde at stabilisere enzymerne på, forskerne bruger uorganiske bærere. Disse bærere fungerer som en slags beskyttelse for enzymet. Som Rosencrantz forklarer:"Vi bruger uorganiske partikler, for eksempel, som er meget porøse. Enzymerne binder til disse bærere ved at indlejre sig i porerne. Selvom dette begrænser enzymernes mobilitet, de forbliver aktive og er i stand til at modstå meget højere temperaturer."

Rosencrantz stresser, imidlertid, at der ikke er nogen generelt anvendelig stabiliseringsproces:"Ingen enzymer er ens. Bæreren og den teknologi, der er bedst egnet til indlejringsprocessen, forbliver enzymspecifikke."

Stabiliserede enzymer:ikke kun på plastoverfladen, men også indeni

Forskerne søgte bevidst en måde at påføre de stabiliserede enzymer ikke kun på plastens overflade, men at indlejre dem i plastikken direkte. "Selvom det er langt vanskeligere, denne teknik forhindrer også tegn på slid på materialets overflade, der påvirker plastikkens funktionalitet, "forklarer Thomas Büsse, der leder instituttets forarbejdnings pilotanlæg for biopolymerer i Schwarzheide.

For at opnå et optimalt materialeresultat i downstream-processen, de stabiliserede enzymer skal fordeles så hurtigt som muligt i den varme plastiksmelte, som de tilsættes, uden at blive udsat for overdreven kraft eller forhøjede temperaturer. En balancegang, der tippede i Büsses favør:"Vi har udviklet en proces, der er velegnet til både bioplast og til den konventionelle petroleumsbaserede plast som f.eks. polyethylen. Vores undersøgelser viser også, at en gang indlejret i plasten, stabiliserede enzymer er i stand til at modstå højere termiske belastninger end før. Dette gør brugen af ​​enzymer og alle procestrin betydeligt nemmere."

Selvrensende plastik er kun begyndelsen

Indtil nu, forskerne ved Fraunhofer IAP har primært vurderet proteaser som deres valg af enzym. Proteaser er i stand til at nedbryde andre proteiner. Dette giver plastikken, der er funktionaliseret af disse proteaser, en selvrensende effekt. Rør, for eksempel, ville ikke lukke op eller tilstoppe så let. Men andre enzymer testes også systematisk. Samarbejdspartnerne på BTU Cottbus-Senftenberg fokuserer tættere på enzymer til nedbrydning af plast og giftige stoffer, for eksempel.

De første funktionaliserede plastgranulater, film og sprøjtestøbelegemer er allerede blevet fremstillet. Forskerne har fastslået, at de enzymer, der er indlejret i disse produkter, forbliver aktive. Næste skridt er nu at teste og yderligere optimere processen til daglig brug i forskellige applikationer. Rosencrantz og Büsse er optimistiske - og har også indsendt en patentansøgning for deres forskning.