多學(xué)科交叉助力廢塑料生物法循環(huán)回收利用

徐麗潔，劉豪杰，薛瑞，周小力，周杰，2，錢秀娟，董維亮，2，姜岷，2

（1 南京工業(yè)大學(xué)生物與制藥工程學(xué)院，江蘇 南京 211800；2 南京工業(yè)大學(xué)材料化學(xué)工程國家重點(diǎn)實驗室，江蘇 南京 211800）

塑料是一種人工合成的有機(jī)高分子材料，因其性能穩(wěn)定、可塑性強(qiáng)、生產(chǎn)成本低等優(yōu)勢，在食品、醫(yī)藥、建筑以及各類日用化學(xué)品領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。近年來，全球塑料產(chǎn)量極具增加。數(shù)據(jù)顯示，1950 年全球塑料產(chǎn)量僅為兩百萬噸，而到了2019年，塑料產(chǎn)量則達(dá)到了驚人的4.5億噸。與此同時，日益劇增的塑料廢棄物也給自然環(huán)境帶來了極大的威脅。一方面，塑料工業(yè)生產(chǎn)全生命周期消耗石油資源并釋放大量CO。根據(jù)《中國塑料的環(huán)境足跡評估》中提供的數(shù)據(jù)，塑料工業(yè)目前消耗了全球8%的石油，其生產(chǎn)和使用環(huán)節(jié)的碳排放約占全球總碳排放的4%。另一方面，塑料廢棄物降解困難，現(xiàn)行的主要處理方式仍是焚燒和填埋，造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)和生態(tài)污染。對全球塑料制品的生產(chǎn)、使用以及最終去向追蹤分析發(fā)現(xiàn)，自20世紀(jì)50 年代初人類大規(guī)模制造塑料至今，大約已生產(chǎn)出83 億噸塑料，其中63 億噸已成為廢棄垃圾。而這些廢塑料中被成功回收利用的僅占9%，另有12%被焚燒處理，絕大部分廢棄塑料被填埋處理或者直接丟棄。照此趨勢，到2050 年，全球廢塑料產(chǎn)生量將達(dá)到120 億噸。我國在《“十四五”循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》中明確指出，要大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，推進(jìn)資源節(jié)約集約利用，構(gòu)建資源循環(huán)型產(chǎn)業(yè)體系和廢舊物資循環(huán)利用體系。因此，研究建立廢塑料的綠色化、資源化回收路線，對建設(shè)“美麗”中國，助力我國“碳達(dá)峰、碳中和”偉大目標(biāo)的實現(xiàn)具有重要意義。

目前，廢塑料的主要回收方式是機(jī)械回收造粒、化學(xué)回收燃油、焚燒回收熱能以及生物回收化學(xué)品。機(jī)械回收造粒過程復(fù)雜，對廢棄物品質(zhì)要求高，人力分揀回收成本收入高，同時受技術(shù)條件限制，再生塑料品質(zhì)劣化，因此回收次數(shù)有限；化學(xué)回收制油對廢舊塑料預(yù)處理的清潔度、品種均勻性和化學(xué)試劑有較高要求，不適合處理混雜型廢舊塑料，且回收產(chǎn)品主要是低品質(zhì)燃油，經(jīng)濟(jì)性差；焚燒回收熱能過程粗暴，雖可以回收部分熱能，但回收過程造成大量溫室氣體和有毒氣體的排放，對大氣生態(tài)和人類健康造成嚴(yán)重威脅。相比于以上三種廢塑料的“降級”回收（downcycle）方式，生物法利用微生物或酶將塑料聚合物解聚為小分子單體，并作為碳源供微生物生長或化學(xué)品合成，回收過程環(huán)境友好，且產(chǎn)物價值性高，是一種“升級”回收過程（upcycle）。然而，微生物/酶催化塑料解聚與轉(zhuǎn)化作為一種新興的塑料處理技術(shù)，目前仍處于實驗室基礎(chǔ)研究階段，塑料解聚和轉(zhuǎn)化的效率十分低下，無法應(yīng)對實際生活中龐大的廢塑料產(chǎn)出量。

總體看來，由于廢塑料分布廣泛、種類復(fù)雜，單一的回收方式很難實現(xiàn)廢塑料的高效循環(huán)利用。因此，綜合利用多種廢塑料回收技術(shù)，發(fā)展微生物學(xué)、物理學(xué)、應(yīng)用化學(xué)、計算科學(xué)等多學(xué)科的前沿交叉研究，建立多元化、個性化、交叉化的塑料回收新路線，將“應(yīng)對產(chǎn)業(yè)鏈末端的塑料垃圾污染治理”轉(zhuǎn)向“建設(shè)產(chǎn)業(yè)鏈升級的廢塑料資源化回收再利用”的塑料回收新態(tài)勢，應(yīng)是未來廢塑料治理的重要發(fā)展方向。

鑒于此，本文以生物技術(shù)為核心，綜述了目前生物-物理、生物-化學(xué)以及生物-信息等交叉技術(shù)在塑料廢棄物回收方面的研究進(jìn)展，并針對性地分析了學(xué)科交叉研究中存在的瓶頸，探討了未來需突破攻克的技術(shù)難點(diǎn)，以期為廢塑料的高效回收利用提供新的思路和理論指導(dǎo)。

1 生物-物理聯(lián)用技術(shù)

塑料是以乙烯、氯乙烯、苯乙烯、對苯二甲酸（TPA）等單體為原料，通過加聚或縮聚反應(yīng)聚合而成的高分子化合物。穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)構(gòu)、高結(jié)晶度以及強(qiáng)大的液體和氣體阻隔性能嚴(yán)重阻礙降解菌/解聚酶與塑料的有效接觸，降低了塑料與酶結(jié)合的能力，從而極大影響了其生物降解性。因此，利用機(jī)械粉碎、高溫熔融、超聲波處理等物理技術(shù)對塑料進(jìn)行預(yù)處理以提高其生物解聚效率是目前常用的方法之一（圖1）。

圖1 塑料物理預(yù)處理方法及處理效果

廢塑料的機(jī)械粉碎是通過降低塑料粒徑、增加比表面積，從而提升塑料的物理降解效率，是目前研究廢塑料生物回收的重要環(huán)節(jié)。其實，在自然界中，動物通過咀嚼、胃磨等機(jī)械粉碎方式將塑料進(jìn)行破碎，然后經(jīng)腸道微生物群落作用完成降解，這一流程是生物與物理方法偶聯(lián)降解塑料的典型案例。研究表明，多種全變態(tài)昆蟲的幼蟲，如黑粉蟲幼蟲（）、大麥蟲幼蟲（）、印度谷螟幼蟲（）、小蠟螟幼蟲（）和蠟螟幼蟲（）等，可以咀嚼和攝食聚乙烯（PE）、聚苯乙烯（PS）薄膜，然后經(jīng)由腸道微生物降解，實現(xiàn)塑料到長鏈脂肪酸等代謝產(chǎn)物的物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程。實驗室中對塑料進(jìn)行機(jī)械粉碎，操作更為細(xì)致精準(zhǔn)，實驗結(jié)果同樣證實了粉碎預(yù)處理對于提高塑料降解的重要性。Ravishankar 等研究發(fā)現(xiàn)，對PS、聚乳酸（PLA）、聚碳酸酯（PC）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）進(jìn)行低能濕磨，可有效減小顆粒尺寸并改變聚合物的形態(tài)，當(dāng)研磨過程中產(chǎn)生的剪切力對聚合物主鏈的作用積攢到一定程度就會導(dǎo)致鏈的斷裂。Gamerith 等在研究一種細(xì)菌聚酯水解酶對聚合共混物中聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）的水解性能時，將實驗材料粉碎成0.05～0.25mm 的微粒，并探究了酶與塑料接觸的有效表面積大小對酶水解效率的影響。結(jié)果表明，在50℃條件下，PET酶水解21 天時，0.05mm PET 微粒的TPA 釋放濃度比0.25mm PET微粒高2.8倍，0.1mm微粒則比0.25mm微粒高2.4倍。此外，塑料酶解的效率還與溫度、材料結(jié)晶度等參數(shù)有關(guān)。通常情況下，高溫和低結(jié)晶度更有利于塑料的酶解。塑料生物降解的普遍溫度為30～40℃，而對于某些耐高溫或者超耐熱酶系統(tǒng)，溫度可提高到70～90℃。在酶解處理結(jié)晶型塑料時，使用高溫熔融與淬冷結(jié)合的處理方式可降低其結(jié)晶度，促進(jìn)后續(xù)酶解效率。熔融溫度應(yīng)設(shè)置為高于塑料熔融溫度10～30℃，此時塑料內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)處于無定形狀態(tài)；淬冷處理溫度則需小于塑料本身的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，冷卻過程中塑料來不及結(jié)晶，使得無定形狀態(tài)得以保持。然而，目前塑料的物理處理方法尚不成熟，處理大批量的塑料時，機(jī)械粉碎以及溫度調(diào)控等工藝需要消耗大量能源。在產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用階段，還需根據(jù)實際情況來調(diào)整處理時長及處理溫度等參數(shù)以達(dá)到最大程度的低成本、高處理效率。

聚烯烴類塑料主鏈以C—C 鍵為骨架，與主鏈中含有酯鍵、酰胺鍵等可水解化學(xué)鍵的塑料相比，更難被生物降解，典型代表有PE、PS、聚丙烯（PP）以及聚氯乙烯（PVC）等。對于這類塑料，可以通過紫外線照射或超聲技術(shù)來改變結(jié)構(gòu)，以此提高其生物降解性。紫外線技術(shù)可通過自由基機(jī)制介導(dǎo)的方式向聚烯烴結(jié)構(gòu)中引入活性氧基團(tuán)等，為酶或微生物的降解活動創(chuàng)造條件。而高分子聚合物暴露于高能超聲波下可導(dǎo)致聚合物鏈的局部降解，進(jìn)而導(dǎo)致永久性黏度降低，這一特性可促進(jìn)塑料解聚酶與塑料斷裂后裸露的化學(xué)鍵接觸，從而提高塑料的生物降解性。此外，紫外線和微波技術(shù)被證明可以有效消滅廢棄塑料中有害病原菌，減少環(huán)境中其他菌株對于塑料后續(xù)生物降解反應(yīng)體系的干擾。研究表明，微波滅菌可以殺滅各類細(xì)菌繁殖體、真菌、病毒、細(xì)菌芽孢等。在2450MHz、500W 微波條件下，大腸桿菌、金黃色葡萄球菌被殺滅僅需2min，枯草黑色變種芽孢需要5min。Zhou等通過掃描電子顯微鏡證實了微波能有效分解城市污泥中革蘭氏陰性菌的細(xì)胞壁，由此可推測如果廢棄塑料所處環(huán)境以革蘭氏陰性微生物為主，則該技術(shù)具有一定實用性。

2 生物-化學(xué)聯(lián)用技術(shù)

化學(xué)法是當(dāng)前廢塑料處理中較為常見的方法，主要包括水解、醇解、熱解、催化裂解等。高聚合的塑料經(jīng)過化學(xué)處理可以轉(zhuǎn)化為低分子量的低聚物或單體，從而更易被微生物降解和吸收代謝（圖2）。

圖2 塑料的化學(xué)解聚與生物轉(zhuǎn)化

水解法和醇解法常用于聚酯型塑料，如PET、聚氨酯（PU）、PLA等，其中甲醇解法曾經(jīng)應(yīng)用于PET的工業(yè)化回收。近年來，通過合成生物技術(shù)設(shè)計的微生物細(xì)胞工廠，利用PET水解產(chǎn)物（主要為TPA 和EG）為底物合成多種高值化學(xué)品，如聚羥基脂肪酸酯（PHA）、乙醇酸、乙醛酸、鼠李糖酯等也已取得豐碩成果。PET的水解可在中性、酸性和堿性三種條件下進(jìn)行，中性水解通常使用水或者水蒸氣，水解過程污染較小但產(chǎn)物純度低，而酸性和堿性水解需要用到濃硫酸、氫氧化鈉或者氫氧化鉀等強(qiáng)酸強(qiáng)堿溶液，水解產(chǎn)物純度雖高但存在腐蝕設(shè)備等問題。醇解法則主要有甲醇醇解法和二元醇醇解法。在一定的溫度與壓力下，甲醇可將PET 解聚為對苯二甲酸二甲酯（DMT）和EG，反應(yīng)時需要加入少量醋酸鹽催化劑。二元醇醇解法用到的試劑種類多樣，其中最典型的是乙二醇。在鏈交換催化劑作用下，PET的酯鍵發(fā)生斷裂被羥基取代，被乙二醇解聚為對苯二甲酸乙二醇酯（BHET）和EG。醇解法對反應(yīng)條件要求較高，且產(chǎn)物中會含有解聚不完全的低聚物，分離純化有一定難度。此外，水解法和醇解法在使用過程中需要消耗大量的試劑，隨之產(chǎn)生的高昂成本也對大規(guī)模工業(yè)化造成了一定的阻礙。針對水解以及醇解法存在的局限，研究人員不斷摸索，開發(fā)出了許多新型化學(xué)解聚方法，如超臨界/近臨界解聚法、離子液體解聚法等。

聚烯烴塑料，如PE、PS、PP 等，結(jié)構(gòu)致密，C—C 鍵能壘高，利用化學(xué)技術(shù)將聚烯烴塑料裂解為中短碳鏈的烴類混合物，再耦合生物法將這些混合解聚物進(jìn)行高值轉(zhuǎn)化許是聚烯烴廢塑料回收的一條可行之路。目前，國內(nèi)外科技人員已在聚烯烴的化學(xué)裂解方面開展了大量研究，通過熱解、催化熱解、催化氫解等技術(shù)，將聚烯烴塑料解聚為主要組分是混合烴的油狀或蠟狀物質(zhì)。Zhang 等通過構(gòu)筑鉑負(fù)載的γ-氧化鋁催化劑，在280℃下基于串聯(lián)氫解/芳構(gòu)化反應(yīng)將廢棄PE轉(zhuǎn)化為平均鏈長約30個碳原子且產(chǎn)率為80%的長鏈烷基芳烴和烷基環(huán)烷酸酯。而若要將塑料解聚物用于生物轉(zhuǎn)化，其組分構(gòu)成是關(guān)鍵一環(huán)，這關(guān)系到后續(xù)微生物能否利用。聚烯烴經(jīng)化學(xué)裂解后得到的產(chǎn)物組分復(fù)雜，相較于固態(tài)和氣態(tài)產(chǎn)物，很顯然液態(tài)產(chǎn)物更適合微生物生長。因此，為了能夠獲得盡可能多的液態(tài)產(chǎn)物，實現(xiàn)塑料的化學(xué)定向解聚至關(guān)重要。Tennakoon等根據(jù)酶催化大分子轉(zhuǎn)化的加工機(jī)制，設(shè)計研發(fā)了一種二氧化硅介孔底部負(fù)載鉑納米顆粒的氫解催化劑（mSiO/Pt/SiO）。實驗結(jié)果表明，高密度聚乙烯（HDPE）材料經(jīng)過該催化劑介孔間隙進(jìn)行氫解反應(yīng)，最終可形成一系列分布較窄的可調(diào)節(jié)的液體烷烴流。還有研究從化學(xué)鍵的活化斷裂角度入手，通過控制塑料內(nèi)部化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)的選擇性斷裂，實現(xiàn)裂解產(chǎn)物的定向調(diào)控。此外，催化劑的種類也會影響裂解物的組分。Burange 等采用沸石、金屬氧化物、硅酸鹽等催化劑熱解主要成分為HDPE的塑料袋，得到了飽和脂肪烴混合物，其化學(xué)熱解產(chǎn)物液態(tài)油占74%，氣體占9%，固體殘渣占17%?；瘜W(xué)催化劑定向解聚技術(shù)的不斷發(fā)展，使得通過催化反應(yīng)將聚烯烴塑料轉(zhuǎn)化為目標(biāo)碳鏈長度范圍的混合液態(tài)烴，并通過微生物利用進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為高值化學(xué)品這一塑料轉(zhuǎn)化策略更具可行性。目前，關(guān)于能利用混合烴的微生物已有很多報道，在石油污染環(huán)境的微生物修復(fù)領(lǐng)域，已分離出200多種有降解石油烴污染物能力的微生物，包括細(xì)菌、真菌和藻類等，這為后續(xù)將塑料裂解產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為高值化學(xué)品提供了豐富的生物資源儲備。

然而，塑料的化學(xué)解聚產(chǎn)物組分復(fù)雜，部分組分無法被微生物利用，甚至對微生物存在毒性。針對這一問題，未來可從以下兩個方面進(jìn)行深入探索。一方面，發(fā)展化學(xué)定向解聚技術(shù)，調(diào)控塑料解聚產(chǎn)物組分。通過對化學(xué)反應(yīng)中催化劑構(gòu)型、催化條件等進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，提高塑料解聚產(chǎn)物中微生物可用組分的占比。另一方面，需加強(qiáng)微生物底盤選育工作，提高菌株對塑料解聚產(chǎn)物的利用能力。①自然選育，從塑料填埋場、垃圾焚燒站等周圍環(huán)境中篩選塑料解聚物利用譜寬、耐受性強(qiáng)、培養(yǎng)簡單的微生物。②人工誘變選育，利用物理、化學(xué)或基因工程等方法，對目標(biāo)底盤進(jìn)行高通量選育和定向改造，獲得可以滿足要求的優(yōu)良突變菌株或改造菌株。③混合培養(yǎng)，針對塑料解聚體系內(nèi)的物質(zhì)組成情況，選用能代謝這些物質(zhì)的微生物，構(gòu)建塑料解聚產(chǎn)物的混菌轉(zhuǎn)化體系。

3 生物-信息聯(lián)用技術(shù)

塑料降解微生物以及具有降解作用的關(guān)鍵酶是研究塑料生物降解的寶貴資源。目前報道的具有塑料降解作用的微生物/酶種類繁多，但降解效果大多不理想，且降解機(jī)制也大多不清楚。如何提高塑料降解微生物/酶的篩選效率，并從分子層面理性設(shè)計降解效率/酶活性位點(diǎn)，是未來研究塑料生物法回收需攻克的技術(shù)瓶頸。傳統(tǒng)的塑料降解微生物篩選通常是從垃圾填埋場、塑料回收站等塑料聚集地附近的土樣中進(jìn)行菌種篩選、分離、鑒定。但是這種方法存在耗時長、目標(biāo)針對性差、篩選范圍小等諸多缺點(diǎn)。同時，目前塑料微生物降解研究的主要精力仍集中在微生物資源的挖掘，而在分子機(jī)理以及酶學(xué)研究方面投入不足，這也制約了通過基因工程手段來提高降解菌/酶解聚效率的發(fā)展。如今信息技術(shù)發(fā)展迅速，在大批量數(shù)據(jù)篩選分析方面顯現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢，面對紛繁復(fù)雜的塑料降解微生物基因組、代謝組、降解功能酶數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)分析已有的研究信息，指導(dǎo)目標(biāo)降解微生物的挖掘與改造，降解路徑的解析與設(shè)計，解聚酶的表征與改造，將達(dá)到事半功倍的效果。

由生物學(xué)與信息學(xué)交叉產(chǎn)生的生物信息學(xué)技術(shù)早在二十世紀(jì)七八十年代便已產(chǎn)生，目前已被廣泛應(yīng)用于基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、代謝組學(xué)等分析領(lǐng)域。在塑料生物降解方面，研究人員對已發(fā)現(xiàn)的塑料降解菌進(jìn)行全基因組測序，從基因組數(shù)據(jù)中分析塑料降解酶以及塑料代謝通路有關(guān)的編碼基因，這為探究塑料降解菌的降解分子機(jī)制，從基因?qū)用鎸昙捌浞置诘拿高M(jìn)行篩選改造提供了理論基礎(chǔ)。Danso 等開發(fā)了一種能夠從基因組和宏基因組中篩選PET 降解酶候選基因的搜索算法，并從搜索數(shù)據(jù)中歸納總結(jié)了降解酶在自然環(huán)境中出現(xiàn)的頻率以及主要關(guān)聯(lián)的細(xì)菌門，這為了解該降解酶的形成、發(fā)展以及全球分布提供了新的認(rèn)識。Wallace 等從一株降解聚己二酸/對苯二甲酸丁二酯（PBAT）菌株的分泌蛋白組入手，篩選鑒定了一種具有塑料降解能力的新型功能蛋白PpEst并成功解析了其結(jié)構(gòu)及活性位點(diǎn)，這項研究為大家提供了一種從分泌蛋白組中篩選塑料降解酶的方法。在酶的改造方面，目前研究工作熱點(diǎn)主要集中在PET降解酶上。PET降解酶主要類型有角質(zhì)酶、脂肪酶以及傳統(tǒng)的PET降解酶不具備底物專一性，沒有與底物特異性結(jié)合的結(jié)構(gòu)域，與PET的表面吸附可能是由酶催化中心附近的疏水區(qū)域介導(dǎo)，因此常通過改變催化中心附近的氨基酸來促進(jìn)酶與底物結(jié)合。研究人員通過軟件模擬酶的化學(xué)結(jié)構(gòu)及其可能的底物結(jié)合位點(diǎn)，并根據(jù)這些信息制定不同的改造思路，以達(dá)到提高酶熱穩(wěn)定性以及塑料降解效率的目的。葉枝堆肥角質(zhì)酶（LCC）和的酯酶（PETase）是目前研究最多的兩種PET降解酶，通過分析二者的結(jié)構(gòu)以及底物結(jié)合位點(diǎn)信息（圖3），研究人員已經(jīng)對其進(jìn)行了多種改造嘗試。Tournier等針對LCC表面與PET結(jié)合的凹槽構(gòu)建了數(shù)百種不同氨基酸組合的突變體酶，并進(jìn)行了熱穩(wěn)定性改良，成功找到并分離出一種能在72℃穩(wěn)定工作的突變體酶，這種酶的PET鍵斷裂效率，與野生型的酶相比，提高了10000 倍。孟祥熙通過標(biāo)準(zhǔn)化蛋白序列的選擇以及突變設(shè)計的流程，開發(fā)了一種突變設(shè)計工具Premuse。通過該工具將PET 水解酶IsPETase 蛋白序列與在NCBI上收集到1486 條同源序列進(jìn)行比對，設(shè)計了10 個單點(diǎn)突變，成功得到兩個穩(wěn)定性提高的突變體W159H 和F229Y，并進(jìn)一步構(gòu)建獲得了酶學(xué)性質(zhì)顯著提高的W159H 和F229Y 的復(fù)合突變體。結(jié)果表明，復(fù)合突變體在40℃條件下對無定形PET的降解效果比野生型提高了近40倍。

圖3 典型PET降解酶結(jié)構(gòu)及軟件模擬的底物結(jié)合位點(diǎn)

目前，世界上已經(jīng)建立了許多關(guān)于核酸和蛋白質(zhì)等生物大分子的數(shù)據(jù)庫。其中著名的核酸數(shù)據(jù)庫有美國國家生物技術(shù)信息中心（NCBI）建立的GenBank 數(shù)據(jù)庫、歐洲生物信息學(xué)研究所（EBI）建立的EMBL 數(shù)據(jù)庫以及日本信息生物學(xué)中心（CIB）建立的DDBJ數(shù)據(jù)庫，而與蛋白質(zhì)相關(guān)的數(shù)據(jù)庫則有蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫（SWISS-PROT）、蛋白質(zhì)信息資源數(shù)據(jù)庫（PIR）以及蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫（PDB）等。同時，相關(guān)的分析計算軟件也層出不窮，如用于核酸和蛋白質(zhì)序列比對的Blast，用于蛋白質(zhì)突變影響功能預(yù)測的MutPred以及用于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測的Swiss-Model 等。數(shù)據(jù)庫以及分析計算軟件的存在使得研究人員在進(jìn)行塑料降解菌株和關(guān)鍵酶的鑒定以及改造時，可以不再局限于人工試錯性實驗，而是根據(jù)被整合到數(shù)據(jù)庫中的信息，對自己的實驗進(jìn)行模擬和預(yù)測，極大地節(jié)省了工作量且具有更好的普適性。

4 結(jié)語

廢棄塑料資源組分復(fù)雜、降解能壘高、脅迫因子多、回收經(jīng)濟(jì)性差。實現(xiàn)廢棄塑料資源的高效/高值轉(zhuǎn)化，需要多學(xué)科、多技術(shù)的共同攻關(guān)。生物法回收過程溫和環(huán)保，產(chǎn)物價值性高，契合當(dāng)前全球?qū)崿F(xiàn)“碳中和”的建設(shè)理念。但是目前報道的廢塑料生物降解效率尚無法滿足實際應(yīng)用的需求，如何交叉融合多學(xué)科前沿技術(shù)，助力廢塑料的生物法回收是未來建設(shè)塑料循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重要方向?；谝延醒芯砍晒槍U塑料的生物法循環(huán)回收利用提出以下展望。

（1）師法自然界高分子材料的生物煉制經(jīng)驗

塑料的發(fā)展史短暫而飛速，自然界還未進(jìn)化出可高效降解塑料的微生物和酶元件。相比較，與塑料結(jié)構(gòu)較為相似的天然高分子材料，如角質(zhì)、木質(zhì)纖維素等已形成了較為完整的研究體系，并取得了一定的研究進(jìn)展。這些天然高分子材料的研究成果在一定程度上可為塑料回收研究提供理論和技術(shù)支撐。

（2）探尋學(xué)科交叉的更多可能性 除了文中提到的物理學(xué)、化學(xué)和信息學(xué)技術(shù)，更多的學(xué)科技術(shù)需融入塑料生物回收研究中。例如，利用材料化學(xué)技術(shù)，將塑料解聚酶嵌入聚酯塑料中，在不影響塑料特性的條件下，當(dāng)塑料接觸到熱量和水時，其間的酶將掙脫束縛啟動對塑料的降解，該技術(shù)將顯著加快自然環(huán)境中塑料的生物降解進(jìn)程。此外，塑料的生物法回收過程不是獨(dú)立的兩個學(xué)科交叉可實現(xiàn)的，往往需要物理、化學(xué)、信息等眾多學(xué)科的共同攻關(guān)。

（3）強(qiáng)化現(xiàn)有技術(shù)聯(lián)用的適配度 在產(chǎn)物結(jié)構(gòu)、處理速率等方面，如何適配上游的物理和化學(xué)處理工藝與下游的生物法解聚與轉(zhuǎn)化過程，在信息預(yù)測的數(shù)據(jù)庫大小方面，如何適配實際可操作的高通量篩選技術(shù)，是未來塑料生物法回收多技術(shù)交叉過程中需亟需解決的重要問題。如在生物-信息耦合方面，需提高塑料降解微生物/酶篩選時的預(yù)測準(zhǔn)確性，縮小預(yù)測范圍，并建立高效的液滴微流控技術(shù)高通量篩選平臺，以實現(xiàn)對塑料降解功能元件/微生物的快速高效選育。

（4）真實廢塑料處理場景的應(yīng)用 目前關(guān)于塑料回收的研究大多使用純品塑料或者塑料模擬物作為處理對象，實驗結(jié)果與處理真實廢塑料有較大差距。因此，未來需加快對真實廢塑料和非純品塑料的處理和回收過程考察，以期建立真實度高、可行性強(qiáng)的廢塑料綠色化、高值化回收工藝路線。

（5）促進(jìn)塑料回收產(chǎn)品的市場流通 塑料作為一種人工合成材料，產(chǎn)生時間不長，對其回收相關(guān)的研究起步也較晚。目前，塑料回收產(chǎn)品的生產(chǎn)以及實際市場流通尚有欠缺，需要政府提供相應(yīng)的政策引導(dǎo)、經(jīng)費(fèi)保障和項目支持。