Immobilization of Protease K with ZIF-8 for Enhanced Stability in Polylactic Acid Melt Processing and Catalytic Degradation

聚乳酸 材料科学 热稳定性 化学工程 降级(电信) 生物降解 催化作用 复合数 聚合物 复合材料 有机化学 化学 计算机科学 电信 工程类
作者
Yi‐Ming Weng,Carmen B. Dunn,Zhe Qiang,Jie Ren
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
被引量:4
标识
DOI:10.1021/acsami.3c11979
摘要

Polylactic acid (PLA) is a biodegradable alternative to petroleum-based polymers for improving environmental sustainability of our society. However, the limited degradation rate and environmental conditions for PLA-based products remain significant challenges for their broader use in various applications. While Proteinase K (Pro K) from Tritirachium album has been demonstrated to efficiently degrade PLA, its autocatalytic degradation function in composite films is underexplored. Here, this work reports a strategy that encapsulates Pro K with zeolitic imidazole framework-8 (ZIF-8) in situ, combining a PLA matrix to prepare Pro K@ZIF-8/PLA films through solvent casting. The method is scalable and commercially viable, and the pH and thermal stability of the Pro K enzyme are significantly enhanced after immobilization. The enzyme can retain 61.8% of its initial activity after annealing at 160 °C for 10 min, allowing for its use in the melt processing of filler-containing PLA films. As a result, Pro K@ZIF-8/PLA films in buffer solutions exhibit stable degradation rates, which can be extended to PLA decomposition in acidic environments. Moreover, the enzyme in Pro K@ZIF-8/PLA films prepared by thermoforming remains active sufficiently to degrade PLA with a weight loss of up to 15% in 2 weeks. These results further indicate that our strategy can be broadly applicable for melt processing and controlled degradation of PLA materials with immobilized enzymes, allowing for its transformative impact for promoting environmental sustainability.
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