Tái chế nhựa enzym được thúc đẩy bằng sóng siêu âm

Polyethylene terephthalate (PET) là một nguồn thải khổng lồ chủ yếu đến từ nước đã qua sử dụng và chai nước giải khát. Cho đến gần đây, việc tái chế PET dẫn đến nhựa chất lượng thấp. Một enzyme đột biến mới hứa hẹn sự phân hủy PET thành nguyên liệu nguyên sơ, có thể được sử dụng cho nhựa chất lượng cao mới. Các enzyme được thúc đẩy bằng sóng siêu âm cho thấy hiệu quả cao hơn, đẩy nhanh quá trình tái chế nhựa bằng enzym và tăng công suất xử lý.

Siêu âm để tái chế nhựa enzym

Siêu âm cường độ cao, tần số thấp nổi tiếng với tác dụng của nó đối với các phản ứng enzym. Sonication có thể được sử dụng cho cả hai, kích hoạt và bất hoạt các enzyme. Quá trình siêu âm có kiểm soát ở biên độ từ thấp đến trung bình kích hoạt các enzym và thúc đẩy sự truyền khối lượng giữa các enzym và chất nền, dẫn đến tăng hoạt động xúc tác của các enzyme.
Sonication thay đổi các đặc tính của enzyme do đó thúc đẩy hoạt động của enzyme. Tiền xử lý chất nền siêu âm đẩy nhanh các phản ứng enzym.
Trộn siêu âm thúc đẩy sự truyền khối lượng giữa các enzym và chất nền nhựa, do đó enzyme có thể thâm nhập và phân hủy sự nóng chảy của PET có tinh thể cao. Là một công nghệ tiết kiệm năng lượng và dễ vận hành, sonication giúp tái chế PET tiết kiệm chi phí và thân thiện với môi trường.

Phân tán siêu âm của enzyme và chất nền

Cắt và vi hỗn loạn được tạo ra bằng siêu âm nổi tiếng với hiệu quả cao khi nói đến các ứng dụng phân tán. Sự phân tán siêu âm của các tập hợp enzyme cũng như các kết tụ chất nền cải thiện hoạt động xúc tác enzym vì sự phân hủy của các tập hợp phân tử và kết tụ làm tăng diện tích bề mặt hoạt động giữa các enzym và chất nền để phản ứng.

Enzyme Cutinase được thúc đẩy bằng sóng siêu âm

Sonication đã cho thấy kết quả tốt trong việc kích hoạt enzyme utinase Thc_Cut1 liên quan đến hoạt động thủy phân PET của nó. Sự suy thoái enzyme tăng cường siêu âm của PET dẫn đến sự gia tăng 6,6 lần của các sản phẩm thoái hóa được giải phóng so với PET không được xử lý. Sự gia tăng tỷ lệ phần trăm tinh thể (28%) trong bột PET và màng dẫn đến năng suất thủy phân thấp hơn, có thể liên quan đến sự sẵn có của bề mặt thấp hơn. (xem Nikolaivits et al. 2018)

Giới thiệu về tái chế nhựa enzym

Enzyme thủy phân phân nhánh lá cutinase (LLC) xuất hiện trong tự nhiên và cắt đứt liên kết giữa hai khối xây dựng của polyethylene terephthalate (PET), terephthalate và ethylene glycol. Tuy nhiên, hiệu quả tổng thể của enzyme và độ nhạy nhiệt của nó là những yếu tố hạn chế phản ứng, làm giảm đáng kể hiệu quả của quá trình. Enzyme cutinase ủ phân nhánh lá bắt đầu phân hủy ở 65°C, trong khi quá trình phân hủy PET yêu cầu nhiệt độ từ 72°C trở lên, nhiệt độ mà PET bắt đầu tan chảy. PET nóng chảy là yếu tố quá trình quan trọng vì sự nóng chảy cung cấp diện tích bề mặt cao hơn nơi enzyme có thể hoạt động.
Các nhà nghiên cứu đã thiết kế lại enzyme cutinase ủ cành lá tự nhiên và thay đổi axit amin tại các vị trí liên kết của nó. Điều này dẫn đến một enzyme đột biến cho thấy hoạt động tăng lên 10.000 lần trong việc phá vỡ liên kết PET (so với enzyme LLC tự nhiên) và độ ổn định nhiệt được cải thiện đáng kể. Điều này có nghĩa là enzyme đột biến mới không bị phân hủy ở 72°C, nhiệt độ mà PET bắt đầu tan chảy.
Phân tán siêu âm và kích hoạt bề mặt thúc đẩy phản ứng xúc tác do enzyme điều khiển. Các thông số siêu âm cụ thể như biên độ siêu âm, thời gian, nhiệt độ và áp suất có thể được điều chỉnh chính xác theo loại enzyme để tăng hoạt động xúc tác của nó. Các thông số xử lý siêu âm và ảnh hưởng của chúng đối với enzyme phụ thuộc vào loại enzyme cụ thể, thành phần axit amin và cấu trúc cấu hình. Qua đó, mỗi loại enzyme có các điều kiện quá trình tối ưu để đạt được sự kích hoạt enzyme tối ưu.

Bộ xử lý siêu âm hiệu suất cao cho các phản ứng enzym

Hielscher Ultrasonics có kinh nghiệm lâu năm trong việc thiết kế, sản xuất và phân phối máy siêu âm hiệu suất cao cho các ứng dụng điện trong phòng thí nghiệm và công nghiệp. Kiến thức và kinh nghiệm của chúng tôi trong quá trình xử lý siêu âm tinh vi là một phần của dịch vụ mà chúng tôi cung cấp cho khách hàng.
Chúng tôi hướng dẫn khách hàng từ tư vấn đầu tiên về kiểm tra tính khả thi và tối ưu hóa quy trình đến việc lắp đặt và vận hành hệ thống siêu âm cuối cùng của bạn.
Các thiết bị siêu âm có thể điều khiển chính xác của chúng tôi cho phép ảnh hưởng đến hoạt động của enzyme, động học, tính chất nhiệt động lực học cũng như nhiệt độ xử lý.
Danh mục bộ xử lý siêu âm mạnh mẽ và đáng tin cậy của chúng tôi bao gồm toàn bộ phạm vi từ thiết bị phòng thí nghiệm cầm tay nhỏ gọn đến bộ xử lý để bàn và công nghiệp hoàn toàn. Từ 200 watt trở lên, tất cả các thiết bị siêu âm đều được trang bị màn hình cảm ứng kỹ thuật số, phần mềm thông minh, điều khiển trình duyệt từ xa và giao thức dữ liệu tự động trên thẻ SD tích hợp. Chế độ chu kỳ siêu âm có thể điều chỉnh riêng (chế độ xung) cho phép thiết lập và kiểm soát mức độ tiếp xúc với enzyme (thời gian và thời gian nghỉ ngơi) với quá trình điều trị siêu âm. Sự mạnh mẽ của thiết bị siêu âm của Hielscher cho phép hoạt động 24/7 ở nhiệm vụ nặng và trong môi trường khắc nghiệt.
Bảng dưới đây cung cấp cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của ultrasonicators của chúng tôi: