Generalmente, la plastica viene lavorata a oltre cento gradi Celsius. Enzimi, al contrario, di solito non sopporta queste alte temperature. I ricercatori del Fraunhofer Institute for Applied Polymer Research IAP sono riusciti a riconciliare queste contraddizioni:sono in grado di incorporare enzimi nella plastica senza che gli enzimi perdano la loro attività nel processo. Le potenzialità che questo crea sono enormi.

Materiali che si puliscono da soli, hanno superfici antimuffa o sono addirittura autodegradanti sono solo alcuni esempi di ciò che sarà possibile se riusciremo a incorporare enzimi attivi nelle plastiche. Ma affinché le proprietà specifiche dell'enzima vengano trasferite ai materiali, gli enzimi non devono subire danni in quanto inglobati nella plastica. Gli scienziati del Fraunhofer IAP hanno sviluppato una soluzione al problema nell'ambito del progetto "Biofunzionalizzazione/Biologizzazione dei materiali polimerici BioPol". Dall'estate 2018 il progetto è stato eseguito in collaborazione con BTU Cottbus-Senftenberg. Il Ministero della Scienza, Ricerca e cultura dello Stato del Brandeburgo finanzia il progetto.

"Era chiaro fin dall'inizio che non stavamo cercando di produrre plastica biofunzionalizzata su scala di laboratorio. Volevamo fare un passo da gigante per dimostrare che la produzione tecnica è possibile, " dice il dottor Ruben R. Rosencrantz, Capo del dipartimento "Materiali biofunzionalizzati e (Glyco)Biotechnology" presso Fraunhofer IAP, riassumendo gli ambiziosi obiettivi del progetto. A circa metà del progetto, stanno già emergendo importanti scoperte:gli enzimi sono stati incorporati con successo, sia in termini di enzimi stessi che di tecnica di lavorazione.

Supporti protettivi inorganici per una maggiore stabilità alla temperatura

Alla ricerca di un modo per stabilizzare gli enzimi, i ricercatori utilizzano vettori inorganici. Questi vettori agiscono come una sorta di protezione per l'enzima. Come spiega Rosencrantz:"Utilizziamo particelle inorganiche, Per esempio, che sono altamente porosi. Gli enzimi si legano a questi vettori incorporandosi nei pori. Sebbene ciò limiti la mobilità degli enzimi, rimangono attivi e sono in grado di resistere a temperature molto più elevate."

Rosencrantz sottolinea, però, che non esiste un processo di stabilizzazione generalmente applicabile:"Non esistono due enzimi uguali. Il vettore e la tecnologia più adatti per il processo di inclusione rimangono specifici dell'enzima".

Enzimi stabilizzati:non solo sulla superficie plastica, ma anche dentro

I ricercatori hanno deliberatamente cercato un modo per applicare gli enzimi stabilizzati non solo alla superficie della plastica, ma di incorporarli direttamente nella plastica. "Anche se molto più difficile, questa tecnica previene anche segni di usura sulla superficie del materiale che pregiudicano la funzionalità delle plastiche, " spiega Thomas Büsse, a capo dell'impianto pilota di lavorazione dell'istituto per i biopolimeri a Schwarzheide.

Per ottenere un risultato ottimale del materiale nel processo a valle, gli enzimi stabilizzati devono essere distribuiti il ​​più rapidamente possibile nel fuso plastico caldo a cui vengono aggiunti, senza essere esposto a forza eccessiva o temperature elevate. Un atto di bilanciamento che è andato a favore di Büsse:"Abbiamo sviluppato un processo adatto sia per le bioplastiche che per le plastiche convenzionali a base di petrolio come il polietilene. Le nostre indagini mostrano anche che una volta incorporato nella plastica, gli enzimi stabilizzati sono in grado di sopportare carichi termici più elevati rispetto a prima. Ciò semplifica notevolmente l'uso degli enzimi e di tutte le fasi del processo."

Le plastiche autopulenti sono solo l'inizio

Fino ad ora, i ricercatori del Fraunhofer IAP hanno valutato principalmente le proteasi come enzima scelto. Le proteasi sono in grado di rompere altre proteine. Ciò conferisce alla plastica funzionalizzata da queste proteasi un effetto autopulente. tubi, Per esempio, non si chiuderebbe o si ostruirebbe così facilmente. Ma anche altri enzimi vengono sistematicamente testati. I partner di cooperazione di BTU Cottbus-Senftenberg si stanno concentrando maggiormente sugli enzimi per la degradazione della plastica e delle sostanze tossiche, Per esempio.

I primi granulati plastici funzionalizzati, film e corpi per stampaggio ad iniezione sono già stati prodotti. I ricercatori hanno stabilito che gli enzimi incorporati in questi prodotti rimangono attivi. Il prossimo passo ora è testare e ottimizzare ulteriormente il processo per l'uso quotidiano in varie applicazioni. Rosencrantz e Büsse sono ottimisti e hanno anche presentato una domanda di brevetto per la loro ricerca.