四川新闻网:印满字的办公废纸还能变为白纸再利用?电子科技大学科研团队:是的!没错!

文:陈淋 / 来源:社会媒体 / 2021-12-01 / 点击量:751

四川新闻网-首屏新闻成都11月30日讯(记者 陈淋)一张印满了字的办公用纸,还能变为白纸再重新利用吗?电子科技大学的答案是:能!

  11月30日,记者从电子科技大学获悉,在近日结束的合成生物学领域国际顶尖赛事——2021年国际基因工程机器大赛(International Genetically Engineered Machine Competition,简称“iGEM”)上,电子科大代表队UESTC-China凭借“生物酶法脱墨实现办公室废纸原地再生”项目,从全球352支队伍中脱颖而出,摘得金奖,同时在众多合成生物学项目中获“最佳新应用奖”(Best New Application Project)和“最佳创业奖”(Best Supporting Entreprenership )两项全球最佳单项提名奖,实现历史新突破。

  《酵母使用手册》

  基于纤维小体的脱墨复合酶系统图解

  这个摘得国际金奖的项目,如何让办公废纸就地重生?团队队长周颖介绍,经过多方研究多次验证,团队成员找到了能让纸上的油墨消失的生物酶。它们会在微观层面剪切与油墨附着的纸张纤维,或者改变纸张纤维与油墨的表面特性,导致油墨松动易脱离,帮助外界微力较轻松的将油墨分离下来。团队结合纤维小体系统设计了一套高效稳定的脱墨酶生物系统,并制备了一台能够实现办公用纸自动化脱墨的设备,让印满字的办公废纸重新变为白纸再利用,以解决目前办公室废纸回收率低导致的资源浪费问题。

  团队合影,从左至右依次为:伍丽燕、胡雨薇、彭禹皎、常森、姜雨璇、李杜白、王树恒、王子睿、李荐育、罗淞文、王沅怡、龙维汉、陈希、周颖。

  神奇的生物酶 能让纸上的字消失

  能让办公废纸上的字消失,关键就在生物酶。团队成员介绍,生物酶具有高效、环保、特异等优良特征。使用生物酶帮助脱墨再生是一种可能的温和、高效、环保的废纸再生方式。

  为了找到高效稳定的酶,团队成员筛选了大量文献,最终敲定了纤维素酶、木聚糖酶、脂肪酶、木聚糖酶这四种酶。“这些酶彼此搭配工作,便可以通过辅助墨水从废纸上脱离,实现生物酶脱墨。它们具有很高的热稳定性,且都是耐酸碱的酶,可以更好地适应日常生活。”团队成员介绍道。

  如何让酶更有效地工作?团队成员接着谈道,找到合适的酶后,我们了解到了一种广泛应用于生物炼制和生物能源领域的纤维小体系统,它是一种自组装的酶复合物系统,可以减小酶之间的距离,并在酶之间产生协同作用,能有效地提高用酶脱墨的效率。为了实现纤维小体系统,团队成员将多种纤维小体组分基因导入底盘生物毕赤酵母中,在为期两年的准备过程中,团队一次次重复实验和方案验证,克服了毕赤酵母菌落PCR效率低、细菌污染验证、筛选效率低、假阳性多等困难,形成了一套完整的实验步骤协议,并成功验证了关键酶组分的活性。

  最终,团队结合纤维小体系统设计了一套高效稳定的脱墨酶生物系统,并制备了一台能够实现自动化脱墨的设备。这套设备外观很像一台打印机,但内部结构却完全不同。只需将使用过的纸张放入机器入口,喷淋反应液,去除反应液并使用纸张干燥,这样便可得到一张可再次使用的白纸。团队成员说,通过这套设备,可省去回收办公废纸的分拣、运输和制浆过程,实现办公废纸原地再生。

  从0到1的突破 实现小型化设备原地废纸再生

  周颖介绍:“在技术研发过程中,最大的困难就是这套硬件设备的制作。“团队在生命学院张勇教授、汤丽霞教授、郑雪莲副教授、冯娟副教授等的带领下,由来自生命学院、医学院、物理学院、机电学院、计算机学院、软件学院的15名本科生组成,制备硬件的队员较少,知识面和经验相对不足。”在面临这样一个复杂的精密硬件设备制作和设计需求时,团队成员从零开始去尝试和试验,按照工程设计周期,经过几次“勘察-想象-设计-建造-学习-重新设计”的循环,完成了硬件的3次迭代,才解决了体积大、稳定性不足、干燥效果和脱墨效果不理想、破坏整体性等问题,构建了脱墨机原型,并基于人工智能,设计了控制纸张自动化脱墨的残余墨点识别算法。“尽管目前只制作了初步的原型,但已经实现从0到1的突破。”团队指导教练说,按现有的实验数据推导,通过这套设备,购买一张A4纸的成本足够脱除两张A4纸的墨。

  团队成员们了解到,办公废纸作为原木浆生产的纸种,具有较高的再利用价值,是重要的可再生资源。可是目前全球的办公废纸回收率都普遍较低,远低于包装纸等90%的回收率。“队伍从提升资源复用率,降低环境污染的角度出发,提出了小型化设备原地废纸再生的概念,正是在响应国家环保战略,从源头减少森林砍伐,保障资源充分利用,助力完成碳达峰目标。”团队指导老师权凌说道。据悉,在项目研发之外,团队成员还策划了“Science not Silence”系列教育活动,从视、听、触三个感觉入手,为人们呈现纸张再生与合成生物学的魔力。

  为了将项目成果转化,团队还与另外20多个iGEM队伍合作,设计编写了一套《酵母使用手册》,并将项目的发明成果申请了《基于生物酶脱墨的整纸脱墨方法及设备》发明专利,以及《整纸脱墨装置》实用新型专利。

  在创业人士和投资人的建议下,团队还参加了中美青年创客大赛、中关村创客大赛、中国大学生生命科学竞赛(创新创业类)多个创新创业大赛,获得多项国际级、国家级、省级奖项。在创业大赛后,队员保持与成熟的企业家和投资者的交流,获得了行业内非盈利基金会的资助,以及行业内公司提供的市场化运营模式建议和赞助。

  (图片及视频来自电子科技大学)


  报道链接:http://scnews.newssc.org/system/20211130/001224691.html



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