Enzyme-programmed cellulose nanocrystal interfaces: Regulating degradation microenvironment and plant growth of polylactic acid films
writer：Ruoxi Nie , Somia Yassin Hussain Abdalkarim , Bunan Wu , Haibin Ji , Chaopei Chen , Haich
keywords：Polylactic acid， Enzyme-cellulose nanocrystal interface， Proteinase K immobilization， Degradation microenvironment regulation， Plant growth promotion
source：期刊
Issue time：2026年
石油基塑料因不可生物降解，已成為全球環境污染的重要來源。聚乳酸（PLA）是一種生物基可降解高分子材料，被視為極具前景的替代材料。然而，聚乳酸降解速率緩慢、易產生難降解殘留，限制了其在農業領域的實際應用。
通過設計穩定催化劑（如采用固定化策略）可加快聚乳酸的降解。酶載體能夠對周圍微環境進行精細調控，進而強化酶與底物之間的相互作用。本研究首次構建了酶 — 纖維素納米晶界面，用以調控聚乳酸（PLA）薄膜的降解微環境。
將蛋白酶 K（ProK）接枝到羧基化纖維素納米晶（HSCNC）上，并將所得的 Pro?HSCNC 復合于聚乳酸基體中，制備出復合薄膜材料（PCPro）。該材料在保持蛋白酶 K 酶活的同時，結晶度與力學強度均得到提升。Pro?HSCNC 不僅能有效引入多處降解位點，還可增強材料的保水性并促進微生物生長，主動調控局部環境，從而實現更快速、可控的降解。
結果表明，PCPro 復合材料在土壤中培養 120 天，降解率最高可達29.5%，且可促進植物生長，降解性能優于多數聚乳酸基復合材料。生命周期評價（LCA）顯示，與傳統聚乳酸相比，PCPro 對環境的影響顯著更低。
本研究通過酶 — 纖維素界面相互作用，為設計具有可程序調控降解行為的酶活性生物基聚酯材料提供了新思路。