Искусственный интеллект помог создать фермент для переработки полиуретана

Исследователи разработали фермент, способный расщеплять полиуретан на исходные химические компоненты для повторного использования. Создание белка стало возможным благодаря применению нейронных сетей и специализированного программного обеспечения.

В 2024 году мировое производство полиуретана достигло 22 миллионов тонн. Этот полимер широко применяется в производстве поролоновых материалов, обувных подошв и амортизирующих элементов. Переработка полиуретана представляет сложность из-за особенностей его химической структуры — уретановые связи включают азот и углерод с двумя атомами кислорода, а полимерные цепи сильно сшиты между собой.

Существующий химический метод переработки использует диэтиленгликоль при высоких температурах, но образует смесь веществ, непригодных для повторного применения. Такие отходы утилизируют путем сжигания.

Команда ученых протестировала 15 известных ферментов, расщепляющих полиуретан. Только три показали активность, но не смогли разложить материал до базовых компонентов. На основе наиболее эффективного фермента исследователи создали программное обеспечение GRASE, объединившее нейросети Pythia и Pythia-Pocket. Система анализировала структуру белков и предсказывала их способность связываться с полиуретаном.

Из 24 отобранных программой белков 21 проявил каталитическую активность. Лучший вариант оказался в 30 раз эффективнее природного аналога. При добавлении диэтиленгликоля и нагреве до 50 градусов Цельсия активность возросла в 450 раз. Новый фермент расщепляет 98% полиуретана за 12 часов и сохраняет работоспособность при двукратном повторном применении. Масштабные испытания подтвердили разложение 95% материала до исходных веществ.

Источник: Ars Technica