國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)成功改造一種源自堆肥的細(xì)菌酶，使其能夠直接攻擊并降解商用聚氨酯（PU）鞋底泡沫，無(wú)需預(yù)先進(jìn)行化學(xué)或物理處理。盡管目前降解率僅為1.4%，但該實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了生物酶法破解熱固性聚氨酯的技術(shù)可行性。

該酶名為CCPUR1，來(lái)源于丹麥富含聚氨酯的堆肥樣本中的Chelatococcus composti細(xì)菌。它屬于酰胺酶家族，具有較寬的活性腔和較高的熱穩(wěn)定性（熔點(diǎn)約68℃）。其天然功能并非針對(duì)塑料回收，而是適應(yīng)堆肥復(fù)雜環(huán)境的副產(chǎn)物特性被研究人員發(fā)掘利用。

為提升酶與聚合物的結(jié)合效率，團(tuán)隊(duì)通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)模擬分析了酶與底物的接觸界面，并對(duì)CCPUR1活性位點(diǎn)周?chē)?個(gè)位置進(jìn)行了氨基酸突變篩選，共測(cè)試29種變體。其中N308F:V312F變體將兩個(gè)氨基酸替換為苯丙氨酸，優(yōu)化了腔內(nèi)空間并增強(qiáng)了對(duì)芳香族結(jié)構(gòu)的相互作用，使模型底物催化效率提升約20倍。

在商用鞋底泡沫實(shí)測(cè)中，改性酶直接作用于未經(jīng)預(yù)處理的PU片段。三天后檢測(cè)到底物水解、表面侵蝕及降解產(chǎn)物釋放，總降解比例達(dá)1.4%。該數(shù)值雖低，但證明了在無(wú)預(yù)處理?xiàng)l件下直接斷裂熱固性PU交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的突破。

全球聚氨酯年產(chǎn)量約2200萬(wàn)噸，占商業(yè)塑料總量5%以上，廣泛用于鞋材、床墊、汽車(chē)座椅及建筑保溫。傳統(tǒng)回收以機(jī)械粉碎為主，難以恢復(fù)單體；化學(xué)解聚需高溫高壓及大量試劑。生物催化提供溫和條件的新路徑，但CCPUR1目前仍處實(shí)驗(yàn)室概念驗(yàn)證階段，尚未開(kāi)展中試或工業(yè)化應(yīng)用。

技術(shù)商業(yè)化面臨多重挑戰(zhàn)：需驗(yàn)證對(duì)含添加劑配方及污染廢料的耐受性、酶長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定性、重復(fù)使用能力、產(chǎn)物純度及全生命周期環(huán)境影響評(píng)估。當(dāng)前核心目標(biāo)是將三日降解率提升至具備工業(yè)經(jīng)濟(jì)價(jià)值的水平。計(jì)算生物學(xué)與AI輔助設(shè)計(jì)有望加速下一代酶的性能迭代。

相關(guān)成果由丹麥奧胡斯大學(xué)與葡萄牙波爾圖大學(xué)團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)完成，發(fā)表于《Chem Catalysis》（Cell Press旗下期刊），獲諾和諾德基金會(huì)資助。