Sinds een aantal jaar is het mogelijk om plastics en enzymen of eiwitten te combineren. Op die manier kun je de eigenschappen van beide materialen combineren. Maar een voorwaarde voor een functioneel materiaal is dat het de juiste vorm kan aannemen. William Zhang, Adam Perriman en collega’s van de University of Bristol demonstreren een aantal manieren om ‘enzymplastics’ met 3D-printen tot functionele structuren om te vormen.

Daarvoor maakten ze een polymeersurfactant dat ze een krans gaven van ofwel het enzym fosfotriësterase van Agrobacterium radiobacter (arPTE) ofwel superfolder groen-fluorescerend eiwit (sfGFP). Na vriesdrogen en annealen bleven er een soort oplossingsvrije eiwitsmelten over, die ze [arPTE][S⁺][S^-] en [sfGFP][S⁺][S^-] noemden.

De resulterende smelten kun je dispergeren in organische oplosmiddelen, zoals aceton en chloroform. Combineer je de oplosmiddelen met plastics, dan krijg je na verdamping vaste, enzymatisch actieve plastics.

Je kunt de enzymplastics vervolgens op verschillende manieren verwerken: gebruiken als solid film coating op metalen; extrusie door zuiger-aangedreven 3D-printen; of door gewoonweg te persen. Ondanks dat de eiwitten in het materiaal door een aantal verwerkingsstappen gaan, blijven de functies intact. Met een andere techniek, melt electrowriting, kun je polycaprolacton (PCL) tot fijne draden maken, waardoor je enzym-stof kunt creëren.

Als toepassing opperen de onderzoekers onder andere een oppervlak dat zichzelf ontsmet (gebaseerd op arPTE dat giftige organofosfaten afbreekt) of 100% bio-afbreekbaar fluorescerend plastic (gebaseerd op sfGFP en PCL). Verder is het een kwestie van mix-en-matchen: welke enzymen krijg je stabiel op een oppervlak en welk plastic werkt goed voor de beoogde toepassing? De onderzoekers hopen op industriële en medische toepassingen.

Zhang, W.H. et al. (2021) ACS Appl. Polym. Mater. 3(12)