聚氨酯（PU）聚合物的过度使用导致了严重的环境污染。使用微生物和酶作为催化剂的塑料回收技术为管理塑料废弃物提供了一种有前景的绿色低碳方法。然而，目前筛选PU降解菌株的方法存在耗时、低效等缺点。
近期，南京工业大学徐安明副教授团队利用荧光猝灭探针（FPAP）和荧光激活液滴分选（FADS）技术，建立了一种高通量筛选方法，成功筛选并鉴定了两种能高效降解PU的微生物菌株，同时对PU单体2,4-甲苯二胺的降解途径进行了解析，为环境友好型塑料回收技术的发展提供了新思路。相关研究以“Screening of polyurethane-degrading microbes using a quenching fluorescence probe by microfluidic droplet sorting”为题目发表于期刊《Chemosphere》。
本文要点：
1、本研究提出了一种使用猝灭荧光探针（FPAP）和荧光激活液滴分选（FADS）来筛选PU降解微生物的新方法。
2、FPAP能特异性识别PU降解释放的4,4'-亚甲基二苯胺（MDA）衍生物，并产生荧光猝灭响应。
3、基于该方法，成功筛选出两种PU降解菌（Burkholderia sp. W38和Bacillus sp. C1）。经过20天培养，W38和C1菌株可分别降解41.58%和31.45%的聚酯型PU膜。
4、此外，在PU单体（2,4-甲苯二胺，2,4-TDA）降解过程中鉴定出三种中间代谢产物，并提出了2,4-TDA的可能降解途径。
5、该研究为开发创新的PU生物降解技术提供了新的思路和方法，并深化了对PU单体降解机制的认识。
微流控技术如何提高对聚氨酯（PU）降解微生物的筛选效率？
1、高通量筛选能力：微流控平台能够同时处理多个样本，显著提高了筛选效率，减少了实验时间。
2、精确的环境控制：通过调节流体流动和营养供应，微流控技术能够模拟更接近自然环境的条件，从而提高微生物的活性和降解能力。
3、单细胞分析：该技术能够在单个细胞水平上进行分析，揭示不同微生物对PU降解的异质性反应，帮助识别最有效的降解菌株。
4、实时监测：微流控系统支持实时监测微生物的生长和降解过程，使研究人员能够快速评估不同条件下的降解效果。
在聚氨酯降解研究中，识别代谢产物的重要性如下：
1、理解降解机制：识别代谢产物有助于深入理解PU降解的生物化学路径，揭示微生物如何分解复杂的聚合物。
2、评估环境影响：某些代谢产物可能具有毒性或环境风险，了解这些产物的生成可以帮助评估降解过程对生态系统的潜在影响。
3、优化降解条件：通过分析代谢产物，研究人员可以优化微生物的培养和降解条件，提高降解效率。
4、推动生物催化剂开发：识别和理解代谢产物为开发新型PU生物催化剂提供了基础，有助于实现更高效的塑料废弃物管理。
图1.反向荧光探针的原理示意图。
图2.荧光探针CBMDPP在筛选PU降解微生物中的敏感性研究。
图3.荧光探针CBMDPP在FADS中的应用，验证其筛选的可行性。
图4.用PBA-PU琼脂平板验证筛选菌株的PU降解能力（A），以及通过FADS从土壤样品中获得的PU降解菌株的系统发育树（B）。
图5.观察到两种潜在菌株对PBA-PU薄膜的降解作用。
图6.Burkholderia sp. W38对2,4-TDA的降解情况。
图7.通过MS/MS提出了2,4-TDA的降解途径。产物A至C是已确定的中间产物。产物D至F是假设的中间产物。实线箭头表示已确认的反应；虚线箭头表示推测的反应。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2024.143060
