وضعیت ورود
درحال حاضر شما وارد سایت نشده اید.
آمار بازدیدکنندگان
  • کاربران حاضر: 0
  • بازدید امروز: 2,283
  • بازدید ماه: 73,016
  • بازدید سال: 882,108
  • کل بازدیدکنند‌گان: 242,651
قیمت روز

پروتئیناز

آنزیم‌ها خواص چندگانه به پلاستیک‌ها می‌بخشند!

آنزیم‌ها که واکنش‌های شیمیایی را در بدن تسریع می‌کنند می‌توانند کارایی را به پلاستیک‌ها اضافه کنند در صورتی که بتوان آن‌ها را از دمای فرآیندی بالا محافظت کرد.

آنزیم‌ها کاتالیست‌های بیولوژیکی هستند. آن‌ها واکنش‌های شیمیایی را در بدن راه می‌اندازند مانند واکنش دخیل در هضم که در غیر این صورت فرآیند هضم بسیار طولانی‌تر یا به دمای بالاتری نیاز دارد. آنزیم‌ها می‌توانند عمل‌کرد را به پلاستیک‌ها بیافزایند مانند خودتمیزشوندگی، توانایی مقاومت در برابر قالب یا باکتری‌ها و قابلیت خود تخریبی (زیست‌تخریب‌پذیری). با این حال آنزیم‌ها زیاد به حرارت حساس نیستند و پلاستیک‌ها معمولاً در دمای بالا فرآیند می‌شوند. این امر ترکیب آنزیم‌ها با پلاستیک‌ها را سخت می‌کند. در حال حاضر دانشمندان در مؤسسه Fraunhofer برای تحقیقات کاربردی پلیمر (IAP) در آلمان راهی برای انجام این کار بدون از بین بردن عمل‌کرد آنزیم‌ها پیدا کردند. هدف آن‌ها تبدیل به فرآیند صنعتی است. Ruben Rosencrantz، رئیس بخش مواد عامل‌دار و بخش گلیکوبیوتکنولوژی Fraunhofer IAP در این زمینه گفت: ما به دنبال تولید پلاستیک‌های زیستی عامل‌دار شده در مقیاس آزمایشگاهی نیستیم. ما می‌خواهیم نشان دهیم که تولید فنی آن امکان‌پذیر است. سازمان تقریباً در نیمه راه پروژه تحقیقاتی است که در سال ۲۰۱۸ آغاز شد. محققان از حامل‌های معدنی بسیار متخلخل جهت تثبیت و محافظت از آنزیم‌ها استفاده می‌کنند. آنزیم‌ها با جاسازی خود در منافذ به حامل‌ها متصل می‌شوند. Rosencrantz افزود: اگرچه حامل‌ها تحرک آنزیم‌ها را محدود می‌کند اما آن‌ها فعال می‌مانند و قادر به تحمل دمای بالاتر هستند. با این حال یک فرآیند واحد وجود ندارد که در همه موارد کار کند. همچنین می‌گوید: حامل باید به طور خاص برای هر آنزیم انتخاب شود زیرا دو آنزیم شبیه هم نیستند. استفاده از آنزیم پایدار شده در توده پلاستیک، نه فقط در سطح، دشوارتر است. ماندگاری طولانی‌تری دارد و از اثرات سایش سطح جلوگیری می‌کند. برای دست‌یابی به بهترین نتیجه در فرآیند پایین دست، آنزیم تثبیت شده باید به سرعت مذاب پلاستیک داغ توزیع شود؛ بنابراین در معرض نیرو یا دمای زیاد قرار نگیرد. محققان فرآیندی را توسعه دادند که هم برای پلاستیک‌های زیستی و هم برای پلاستیک‌های معمولی پایه نفتی مانند پلی‌اتیلن اعمال می‌شود. Thomas Büsse رئیس واحد آزمایشگاه صنعتی پلیمرهای زیستی Fraunhofer IAP در Schwarzheide گفت: به هنگام جاسازی در پلاستیک، آنزیم‌های تثبیت شده می‌توانند بارهای حرارتی بالاتری را نسبت به قبل تحمل کنند. این کار استفاده از آنزیم‌ها و تمام مراحل فرآیند را بسیار آسان‌تر می‌کند. تاکنون تمرکز محققان بر روی آنزیم‌هایی بوده است و پروتئاز نامیده می‌شود که پروتئین‌ها را تجزیه می‌کند. پلاستیک‌های جاسازی شده با پروتئازها می‌توانند اثر خودتمیزشوندگی داشته باشند مانند لوله‌هایی که در برابر انسداد (گرفتگی) مقاومت می‌کنند. با این حال این تیم در حال آزمایش آنزیم‌های دیگر نیز هستند. شرکای پروژه در BTU Cottbus-Senftenberg بر آنزیم‌هایی که پلاستیک‌ها و مواد سمی را تجزیه کرده تمرکز می‌کنند. اولین گرانول‌ها و فیلم‌های عامل‌دار شده قبلاً تولید شده است. محققان نیز آنزیم‌های تعبیه شده در این محصولات را ایجاد کردند که فعال باقی می‌مانند. آن‌ها ثبت اختراعی را برای این تحقیق ارائه کردند.

Untitled

آنزیم‌های تعبیه شده در PCL به منظور تسهیل فرآیند تخریب

تحقیق سبز

ضمناً تحقیق در مورد پلاستیک‌های سبز پر رونق است. همچنین مواد زیستی نظیر پلی‌اتیلن سبز Braskem که از نیشکر به جای نفت خام ساخته شده است. علاقه مداوم به پلاستیک‌های زیست‌تخریب‌پذیر و قابل کمپوست وجود دارد. این مواد معمولاً اما نه همیشه از منابع پایدار ساخته شده اند. با این حال پلاستیک‌های زیست‌تخریب‌پذیر و قابل کمپوست عموماً تنها در شرایط خاص مانند کمپوست‌سازی صنعتی تجزیه می‌شوند. این بدان معنی است که اگر این مواد به محیط زیست یا سایت‌های دفن زباله راه یابند تجزیه نخواهند شد. این یکی از دلایل ادامه تحقیقات است که چگونه پلاستیک‌ها را می‌توان مهندسی کرد تا مؤثرتر تجزیه شوند. یکی از روی‌‌کردهای نوظهور استفاده از پلاستیک‌هایی است که مولکول‌های پلاستیک را هضم می‌کنند.

 

روی‌کرد تعبیه شده

محققان دانشگاه کالیفرنیا در برکلی راهی را برای جاسازی آنزیم‌ها در پلاستیک ابداع کرده‌اند تا سریع‌تر تجزیه شوند. دانشمندان به رهبری Ting Xu از بخش علم و مهندسی مواد فرآیند را به پلی‌لاکتیک‌اسید (PLA) اعمال کردند. معمولاً به منظور افزایش سرعت تخریب از پلاستیک زیست‌تخریب‌پذیر استفاده می‌شود. XU می‌گوید بسیاری از موارد ساخته شده به سایت‌های دفن زباله ختم می‌شوند جایی که تخریب زیستی نمی‌شوند. این فرآیند شامل تعبیه آنزیم پلی‌استری به درون توده‌‌ پلیمری است که تولید می‌شود. یک لایه پلیمری محافظ تضمین می‌کند که آنزیم تا زمانی که به آن نیاز نباشد غیر فعال می‌ماند. حرارت و آب پوسته محافظ را از بین می‌برد سپس به آنزیم اجازه می‌دهد تا قسمت عمده توده پلیمر را تجزیه کند. به عنوان مثال پلی‌لاکتیک‌اسید به اسید لاکتیک تجزیه می‌شود که می‌تواند میکروب‌های خاک را در کمپوست تغذیه کند. پوسته‌ محافظی که همراه با توده پلاستیک تخریب می‌شود مولکولی به نام هتروپلیمر تصادفی (RHP) است. از چهار نوع زیر واحد منومری ساخته شده است که خواص شیمیایی هر کدام برای برهم‌کنش با گروه‌های شیمیایی سطح آنزیم خاص طراحی شده است. تحت اشعه ماوراء بنفش (UV) و در غلظت موجود کم‌تر از ۱% وزن پلاستیک تخریب می‌شوند (برای این که مشکلی نباشد مقدار کم کافی است). در تحقیقی که در Nature منتشر شد این تیم میلیاردها نانوذره را در گرانول‌های پلاستیک جاسازی کرد. مقاله نشان داد که آنزیم‌های محافظت شده با RHP ماهیت پلاستیک‌ها را تغییر ندادند که هنوز می‌توان در دمای حدود ۱۷۰ درجه به الیاف تبدیل شوند. XU گفت: اگر آنزیم را تنها روی سطح دارید خورندگی بسیار آهسته است. شما توزیع در مقیاس نانو را در سرتاسر می‌خواهید؛ به طوری که هر مولکول همسایگان پلیمری خود را می‌خورد و کل مواد متلاشی می‌شود.

 

آب و گرما

تخریب با افزودن آب و گرما آغاز می‌شود. در دمای اتاق در عرض یک هفته ۸۰% از الیاف PLA اصلاح شده به طور کامل تجزیه می‌شوند. این فرآیند در دمای بالاتر سریع‌تر بود: تحت شرایط کمپوست صنعتی PLA اصلاح شده طی ۶ روز در دمای ۵۰ درجه تخریب شد. پلی استر دیگر، پلی‌کاپرولاکتون (PCL) تحت شرایط کمپوست صنعتی طی دو روز و در دمای ۴۰ درجه تخریب شد. برای پلی‌لاکتیک‌اسید، XU آنزیمی با نام پروتئیناز k را جاسازی کرد که PLA را به اسید لاکتیک تجزیه می‌کند. برای PCL از لیپاز استفاده کرد. هر دو آنزیم ارزان و معمولاً در دسترس هستند. Xu متعقد است که دمای بالاتر سبب تحرک بیش‌تر آنزیم محافظت شده می‌شود. به آن اجازه می‌دهد انتهای زنجیره پلیمری را به سرعت پیدا کند و آن را تخریب کند سپس سراغ زنجیره بعدی برود. آنزیم‌های پوشش داده شده با RHP تمایل به اتصال به انتهای زنجیره پلیمری را دارند، نگه داشتن آنزیم‌ها در نزدیکی اهدافشان. به گفته‌ XU پلیمرهای اصلاح شده در دماهای پایین‌تر یا مدت رطوبت کم تجزیه نمی‌شوند. یک پیراهن پلی‌استر در مقابل عرق و شتسشو در دمای متوسط مقاومت می‌کند. غوطه‌وری در آب دمای اتاق به مدت سه ماه باعث تخریب پلاستیک نمی‌شود. با این حال خیساندن در آب ولرم مانند آب شیر داغ منجر به تخریب شد. XU در حال توسعه آنزیم‌های پوشش داده شده با RHP است که می‌تواند انواع دیگر پلی‌استر‌ها را تخریب کند. اما او همچنین RHP ها را اصلاح می‌کند تا بتواند تخریب را برنامه ریزی کند تا در یک نقطه مشخص متوقف شود و مواد را به طور کامل از بین نبرد. او گفت: در صورتی که پلاستیک نیاز به ذوب مجدد و بازیافت داشته باشد می‌تواند مفید باشد. علاوه بر این یکی از نویسندگان همکار این مطالعه Aaron Hall دانشجوی دکترا دانشگاه برکلی یک شرکت برای توسعه بیش‌تر این مواد ایجاد کرده است. این ثابت می‌کند که آنزیم‌ها برای زیست‌شناسی حیاتی هستند. آن‌ها در توسعه پلاستیک‌های جدید اهمیت فزاینده‌ای پیدا می‌کنند.

Untitledl

 

همراهان عزیز می‌توانند جهت برقرای ارتباطات دوسویه، انتقال سوالات، نظرات و پیشنهادات سازنده خود از طریق پست الکترونیک زیر ما را یاری فرمایند.

info@fara-ps.com

فرآیندی جدید که با استفاده از گرما و آب، پلاستیک زیست‌ تخریب‌ پذیر را سریع‌تر تجزیه می‌کند

دانشمندان آمریکا، راهی ابداع کردند تا پلاستیک‌ها با قابلیت کمپوست را طی چند هفته تنها با آب و گرما تجزیه کنند. این پیشرفت به طور بالقوه چالش‌های مدیریت پسماند را در پایگاه‌های عملیاتی پیش رو برطرف می‌کند و پیشرفت‌های فناوری بیش‌تری را ارائه می‌دهد. فرآیند جدید که توسط محققان دانشگاه‌های کالیفرنیا، برکلی، ماساچوست آمهرست توسعه داده شده است شامل جاسازی آنزیم‌های خورنده پلی‌استر به هنگام ساخت است. به هنگام قرارگیری در معرض آب و گرما، آنزیم پوشش پلیمری خود را تکان می‌دهد و شروع به چنگ زدن به پلیمر پلاستیکی در بلوک‌های سازنده خود می‌کند. در مورد پلاستیک‌های زیست‌تخریب‌پذیر در درجه‌ اول پلی‌استر شناخته شده مانند PLA، آن را به لاکتیک اسید کاهش می‌دهد و می‌تواند سبب تغذیه میکروب‌های خاک در کمپوست شود. در این حالت نیز لفاف پلیمر (Polymer wrapping) تخریب می‌شود. این فرآیند که در Nature منتشر شده است، نشان می‌دهد که میکروپلاست‌ها که محصول جانبی بسیاری از فرآیندهای تخریب شیمیایی بوده و به خودی خود آلوده‌کننده است را از بین می‌برد. با استفاده از این روش تا ۹۸% پلاستیک‌ ساخته شده به مولکول‌های کوچک تجزیه می‌شوند.

به گفته‌ Stephanie McElhinny مدیر برنامه؛ این نتایج، اساسی را برای طراحی منطقی مواد پلیمری ارائه می‌دهد که می‌توانند در بازه‌ زمانی نسبتاً کوتاه تخریب شوند. همچنین قابلیت فراهم کردن مزایای قابل توجهی برای مدیریت پسماند تدارکات صنایع را دارد. به طور گسترده‌تر، این نتایج بینشی را در مورد ترکیب زیست مولکول‌های فعال در مواد با حالت جامد فراهم می‌کند. این کار می‌تواند پیامدهایی بر انواع مختلف توانایی‌های آینده از جمله سنجش، ضدعفونی کردن و مواد خود ترمیم شونده داشته باشد.

پلاستیک‌ها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که در هنگام استفاده عادی تجزیه نشوند، اما این بدین معنا نیست که پس از دور انداختن تجزیه نشوند. تجزیه‌ پلاستیک‌ها با قابلیت کمپوست ممکن است سال‌ها به طول انجامد که اغلب مدت زمانی نظیر پلاستیک‌های رایج است. تیم‌های تحقیقاتی آنزیم‌های خورنده در مقیاس نانو را مستقیماً در پلاستیک یا مواد دیگر به صورت منزوی جاسازی کردند و تا شرایط مناسب برای آزادسازی از آن‌ها محافظت می‌کند. در سال ۲۰۱۸ این تیم نشان دادند که چگونه این کار در عمل انجام می‌شود. این تیم آنزیمی را در الیاف Mat (حصیر) جاسازی کردند که مواد شیمیایی ارگانوفسفات سمی را تجزیه می‌کند مانند حشره کش‌ها و مواد شیمیایی. هنگامی که حصیر در ماده شیمیایی غوطه‌ور شد، آنزیم تعبیه شده ارگانو فسفات را تجزیه کرد. محققان اذعان داشتند که محافظت از فروپاشی آنزیم که معمولاً توسط پروتئین‌ها در خارج از محیط طبیعی خود مانند سلول زنده انجام می‌شود، منجر به نوآوری اساسی شد.

در مقاله Nature، قرار دادن آنزیم در مولکول‌هایی که آن‌ها را به نام هتروپلیمرهای تصادفی یا RHPها طراحی کرده‌اند به نمایش گذاشته شده است. درست مشابه جاسازی میلیاردها نانوذره در سراسر گرانول‌های پلاستیکی در نقطه آغازین فرآیند پلاستیک. این فرآیند مشابه قرار دادن رنگ‌دانه‎ ها در پلاستیک جهت رنگ آمیزی آن‌ها است.

Dawanne Poree مدیر برنامه ARO گفت: این کار با کشف سال ۲۰۱۸ ترکیب شده که RHPها را به عنوان پایدارکننده‌های آنزیمی بسیار مؤثر نشان می‌دهد. این کار باعث حفظ ساختار آنزیم و فعالیت آن در محیط غیر بیولوژیکی می‌شود. این تحقیق در واقع دروازه‌ از خانواده‌ جدید مواد ترکیبی زیستی-غیر زیستی با کارکردهایی را که فقط در سیستم‌های زنده موجود بوده است، باز می‌کند.

بیش‌تر کره‌ زمین در پلاستیک‌های دور ریخته شده شنا می‌کند که به سلامتی حیوانات و احتمالا انسان آسیب می‌زند. آیا می‌توان آن را تمیز کرد؟

نتایج نشان می‌دهد که آنزیم‌های پوشیده شده با RHP خاصیت پلاستیک را تغییر نمی‌دهند، این ماده می‌تواند مانند پلی‌استرهای معمولی در دمای ۱۷۰ درجه سلسیوس ذوب شده است و به الیاف اکسترود شود.

برای شروع تخریب، تنها افزودن آب و کمی گرما لازم بود. در دمای اتاق، حدود ۸۰% الیاف اصلاح شده به طور کامل تخریب می‌شوند. تخریب در دماهای بالاتر سریع‌تر بود. تحت شرایط صنعتی کمپوست شدن، PLA اصلاح شده ظرف مدت ۶ روز در دمای ۵۰ درجه سلسیوس تخریب شد.

پلی‌استر دیگر (پلی کاپرولاکتون)، طی دو روز در دمای ۴۰ درجه سلسیوس تخریب شد. برای PLA، تیم تحقیقاتی آنزیمی با نام پروتئیناز K را تعبیه کردند که PLA تا تبدیل به لاکتیک اسید می‌جود. برای PCL آن‌ها لیپاز استفاده کردند. هر دو آنزیم ارزان و در دسترس اند.

er

Ting Xu استاد علوم و مهندسی مواد دانشگاه برکلی، گفت: اگر آنزیم فقط در سطح باشد فرآیند بسیار آهسته خواهد بود. شما می‌خواهید در مقیاس نانو در همه جا توزیع شود تا اساساً هر کدام از آن‌ها تنها نیاز به از بین بردن همایسه پلیمری خود داشته باشد و سپس کل مواد متلاشی شود. Xu گمان می‌کند که درجه حرارت بیش‌تر باعث تحرک بیش‌تر آنزیم پوشیده شده می‌شود و می‌تواند با سرعت بیش‌تری انتهای زنجیر پلیمری را پیدا کند و بجود و سپس به زنجیره بعدی برود. آنزیم‌های پوشیده شده با RHP نیز تمایل دارند در انتهای زنجیره پلیمری متصل شوند و آنزیم‌ها را در نزدیکی اهداف خود نگه دارند.

پلی‌استرهای اصلاح‌شده در دمای پایین یا در طی مدت کوتاه رطوبت تخریب نمی‌شوند. به عنوان مثال یک پیراهن ساخته شده از پلی‌استر با این فرآیند در برابر تعریق و شستشو در دمای متوسط مقاومت می‌کند. خیساندن پلاستیک زیست‌تخریب‌پذیر در آب به مدت سه ماه در دمای اتاق تخریب نمی‌شود، اما خسیاندن در آب ولرم برای مدت زمانی مشابه سبب انجام تخریب می‌شود.

Xu در حال توسعه آنزیم‌های پوشیده شده RHP است که می‌تواند انواع دیگر پلاستیک پلی استر را تخریب کند. اما همچنین RHPها را اصلاح می‌کند تا تخریب برنامه‌ریزی شود تا در یک نقطه مشخص متوقف شده و ماده به طور کامل تخریب نشود. این ممکن است برای فرآیند مجدد پلاستیک و تبدیل به پلاستیک جدید مفید باشد. همچنین افزود: تصور کنید از چسب زیست‌تخریب‌پذیر برای سوار کردن مدارهای رایانه‌ای یا حتی در سرتاسر تلفن و وسایل الکترونیکی استفاده می‌کنید، پس از اتمام کار با آن‌ها چسب را حل می‌کنید تا دستگاه از هم جدا شده و بتوان از قطعات استفاده مجدد کرد.

Poree گفت: این فناوری می‌تواند برای تولید مواد جدید در محیط‌های عملیاتی رو به جلو بسیار مفید باشد. همچنین بیان کرد: به فکر داشتن تجهیزات معیوب و یا قطعات وسیله نقلیه‌ای باشید که بتواند تخریب شده و سپس ساخته شود و یا برای استفاده کاملاً متفاوت مورد استفاده قرار گیرد. این همچنین تاثیرات بالقوه‌ای را برای تولید اعزامی دارد.

منبع خبر:

www.army.mil

همراهان عزیز می‌توانند جهت برقرای ارتباطات دوسویه، انتقال سوالات، نظرات و پیشنهادات سازنده خود از طریق پست الکترونیک زیر ما را یاری فرمایند.

info@fara-ps.com