研究背景：

将催化剂嵌入塑料内部可提供具有可编程延迟和路径的加速化学改性。纳米嵌入酶可通过链端介导的持续解聚导致聚酯近乎完全降解。整体降解速率和途径强烈依赖于半结晶聚酯的形态。迄今为止，对酶嵌入塑料的研究主要集中在纯聚合物上。然而，随着添加剂引起的形态变化，一些链端链段可能会固定在晶体－非晶界面处或附近，以减轻相邻非晶域中的密度异常。当结晶薄片弯曲或扭曲时，界面链末端变得更加丰富，这是由酶保护剂的存在促进的。由于其受限的流动性和几何约束，这些位于界面区域的链末端可能无法与酶结合。因此，系统地研究添加剂引起的宿主形态变化如何影响聚合物底物结合、降解动力学和最终解聚程度至关重要。

研究内容：

鉴于此，美国加州大学伯克利分校徐婷教授团队通过增加结晶薄片的弯曲和扭曲，引入添加剂有目的地改变聚己内酯 (PCL) 的形态。这些形态变化优先将链端固定在结晶/非晶界面上，并限制嵌入的持续酶对链端的可及性。这种链端重新分布将聚合物到单体的转化率从>95%降低到低于50%，导致形成高度结晶的塑料片，包括微塑料。通过将随机断链和进行性解聚协同作用，控制聚合物/添加剂共混物的形态变化并实现近乎完全的解聚是可行的。无定形结构域中的随机断裂酶产生新的链端，随后被持续性酶结合和解聚。这项研究进一步强调了考虑主体聚合物的形态如何影响嵌入的催化物质催化的反应的重要性。

主要研究结果：

1、具有低分子量（MW）的RHP添加剂极大地改变了主体基质的层次结构

2、与不同RHP MW相关的半结晶微观结构差异对进行性解聚具有影响

3、在持续性酶的附近创建新的链末端可以克服添加剂引起的顽固性

研究结论：

作者以PCL、脂肪酶和酶保护剂的混合物为例，研究了添加剂如何改变主体半结晶聚酯的结构排列并导致酶促降解不完全。这些分子见解导致确定生物催化的限速因素和酶混合物的合理设计，以实现近乎完全的聚合物到小分子的转化。分别嵌入具有持续性和随机链断裂机制的两种酶，可以创建新的可访问链末端以启动持续性解聚。这些研究证明了添加剂诱导的形态变化如何在层次长度尺度上传播，并提供了对具有不同机制的协同酶如何调节宿主聚合物降解程度的机制见解。

参考文献：

Synergistic Enzyme Mixtures to Realize Near-Complete Depolymerization in Biodeg-radable Polymer/Additive Blends, DOI:10.1002/adma.202105707

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202105707