Đặt vấn đề Hiện nay, vấn đề môi trường và bảo vệ môi trường không chỉ là vấn đề của riêng từng quốc gia mà còn là vấn đề chung của toàn cầu, đang thu hút sự quan tâm đặc biệt của khắp các quốc gia trên thế giới. Tại các hội thảo quốc tế, nhiều biện pháp về bảo vệ môi trường đã được đưa ra và thu hút được sự quan tâm của những người tham dự. Bởi nó không chỉ ảnh hưởng đến sự phát triển của một quốc gia, mà còn quyết định sự tồn tại của con người trên thế giới hôm nay và các thế hệ tương lai. Xã hội ngày càng phát triển nên nhu cầu tiêu thụ hàng hoá tiêu dùng của mọi người cũng ngày càng tăng.
Điều đó làm cho lượng rác thải thải ra môi trường cũng ngày càng nhiều, đặc biệt là rác thải nhựa. Tại Việt Nam, mức độ tiêu thụ nhựa bình quân đầu người là 81kg/người/năm trở thành rác thải và 23kg/người/năm được tái chế phục vụ cho các ngành công nghiệp. Và hơn một nửa số rác thải nhựa phát sinh tại Việt Nam – khoảng 3,6 triệu tấn/năm vẫn chưa được thu gom và xử lý (Asia et al. Còn trên thế giới, người ta ước tính rằng sản lượng nhựa thế giới gần đạt 350 triệu tấn trong năm 2017 và lĩnh vực ứng dụng lớn nhất là bao bì, đạt giá trị 39,7% tổng nhu cầu nhựa.
Polyethylene terephthalate (PET) là một trong những polyme nhựa nhiệt dẻo phổ biến nhất và được sử dụng rộng rãi cho chai nước giải khát và bao bì thực phẩm (Puspitasari et al. Việc tìm kiếm các phương án mới trong việc giải quyết vấn đề ô nhiễm từ rác thải nhựa vẫn đang là nỗ lực của các nhà khoa học trong nhiều năm qua. Một vật liệu có khả năng phân huỷ rác thải nhựa, cụ thể là nhựa PET có nguồn gốc từ vi khuẩn Ideonella sakaiensis 201-F6 đã và đang được đầu tư nghiên cứu trong thời gian gần đây. Đó là PETase (có bản chất là protein) được phân lập từ vi khuẩn Ideonella sakaiensis 201-F6, có tác động phân huỷ lên bề mặt nhựa PET nên được ứng dụng trong việc tạo nguồn vật liệu để phân huỷ rác thải nhựa, ngăn ngừa ô nhiễm môi trường… 1 Cho đến nay, PETase thường được tổng hợp bằng con đường hoá học.
Tuy nhiên phương pháp tổng hợp hoá học bị hạn chế bởi cách thức tổng hợp thường qua nhiều khâu và giá thành sản xuất cao. Vì vậy PETase đang được chú trọng nghiên cứu, tạo ra bằng công nghệ DNA tái tổ hợp. Ở Việt Nam, hướng nghiên cứu về PETase tự nhiên và tái tổ hợp vẫn còn hạn chế và mới bắt đầu được triển khai tại Phòng Hoá sinh Protein., Viện Công nghệ sinh học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Chính vì vậy, tôi đã thực hiện đề tài khoá luận tốt nghiệp “ Nghiên cứu tách dòng và thiết kế vector biểu hiện gen mã hoá PETase ”.
Mục đích Tách được dòng và thiết kế được vector biểu hiện gen mã hoá PETase 1. Yêu cầu (1) Tách dòng gen mã hoá PETase. (2) Thiết kế vector biểu hiện gen mã hoá PETase. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.
Khái niệm Nhựa (hay còn gọi là chất dẻo) là một loại vật liệu được điều chế từ các nhóm cao phân tử, được sử dụng để sản xuất các vật liệu tiêu dùng hàng ngày hay các vật liệu phục vụ cho công nghiệp ( Phạm Văn Đan Thuỷ và cs, 2011). Phân loại nhựa Nhựa có thể được phân loại thành nhựa nhiệt rắn (thermoset) và nhựa nhiệt dẻo (thermoplast) (United Nations Environment Programme, 2009). Nhựa nhiệt dẻo: Nóng chảy dưới tác dụng của nhiệt độ và đông đặc lại khi làm nguội để tạo ra các hình dạng và sản phẩm mới. Bao gồm các loại: Polyethylene terephthalate (PET); Poly Ethylene mật độ thấp (LDPE); Poly Vinyl Chloride (PVC); Poly Ethylene mật độ cao (HDPE); Polypropylene (PP); Polystyrene (PS); và các loại khác.
Nhựa nhiệt rắn: Có thể làm mềm và tan chảy nhưng chỉ tạo hình một lần. Nếu tác động nhiệt lặp đi lặp lại thì chúng sẽ ở trạng thái rắn vĩnh viễn. Nhựa nhiệt rắn được ứng dụng cho các sản phẩm điện tử và ô tô. Bao gồm: Alkyd, Epoxy, Ester, Melamine formaldehyde, Phenol formaldehyde, Silic, Urea formaldehyde, Polyurethane, Nhựa kim loại và nhựa nhiều lớp, Polyurethane (PU), Phenolic, và các loại khác.
Nhựa nhiệt dẻo chiếm đến 80% còn lại 20% là nhựa nhiệt rắn. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc tái chế do tính chất của chúng khi chịu sự tác động của nhiệt độ. Nhựa nhiệt dẻo có thể tái chế được còn nhựa nhiệt rắn thì không (ACRR, 2004). Hiệp hội Công nghệ Nhựa (SPI) đã thiết lập một hệ thống phân loại vào năm 1988 để cho phép người tiêu dùng và các nhà tái chế xác định các loại nhựa khác nhau.
Các nhà sản xuất đã đặt một mã số trên mỗi sản phẩm nhựa, thường được đặt ở đáy. Mã nhận diện các loại nhựa Mã Mô tả Polyethylene Terephthalate (PET) PET thường được sử dụng để sản xuất các vật phẩm tiêu dùng như chai nước ngọt, nước uống, màng bao bì thực phẩm và khay chế biến thức ăn. Nhựa PET có thể tái chế và được sử dụng ngày càng nhiều trong sản xuất sợi dệt thảm Polyethylene mật độ cao (HDPE) Là những loại nhựa có độ bền cực kì tốt, chịu được hoá chất và độ ẩm, rất phù hợp để làm bao bì cho các sản phẩm có thời hạn sử dụng ngắn. Nhựa HDPE được ứng dụng để sản xuất bao bì cho sản phẩm sữa, dầu gội đầu, nước giặt, mỹ phẩm,… Vinyl (Polyvinyl Chloride, V hay PVC) Nhựa PVC có độ bền, dẻo, có khả năng chống chịu rất tốt với hoá chất, thời tiết.
Nhựa PVC được sử dụng rộng rãi trong ngành xây dựng như sản xuất ống nước, vật liệu ốp tường. Ngoài ra nhựa PVC mềm dẻo còn được ứng dụng sản xuất dây cáp điện, túi đựng máu, ống y tế. Loại nhựa này không được tiếp xúc gần với thực phẩm vì nó có thể gây hại 4 khi ăn phải. Polyethylene mật độ thấp (LDPE) Do tính chất mềm dẻo nên nhựa LDPE được ứng dụng làm màng.
Được sử dụng để sản xuất một số nắp chai, dây và cáp điện. Polypropylene (PP) Có khả năng chịu được hoá chất, dễ uốn, chống ẩm, chống nhiệt do vậy rất phù hợp để chứa chất lỏng nóng. PP được sử dụng để sản xuất chai, hộp sữa chua, phụ tùng ô tô. Nắp chai nhựa được làm từ nhựa PP.
Polystyrene (PS) Polystyrene là loại nhựa có dạng cứng/ xốp, cách nhiệt, dễ tạo hình. Có nhiệt độ nóng chảy tương đối thấp. Ứng dụng phổ biến làm bao bì, hộp, nắp đậy, ly chai và khay, vỏ đĩa compact. Mã 7 được sử dụng để chỉ loại nhựa khác với 6 loại nhựa còn lại.
Loại nhựa này được làm từ 1 loại nhựa khác 6 loại liệt kê trên hoặc do sự kết hợp giữa các loại nhựa (Goverment-UK 2012) 5 2. Khái niệm nhựa PET PET là viết tắt của Polyethylene terephthalate, là một loại nhựa trong, bền, nhẹ thuộc họ polyester. Nhựa PET được hình thành từ các acid trung gian terepthalic (TPA) và ethylene glycol (EG). Nhựa PET được sử dụng rộng rãi để đóng gói thực phẩm và đồ uống, đặc biệt là nước ngọt và nước trái cây.
Hầu hết các chai nước ngọt có ga đều được làm từ nhựa PET (Phạm Văn Đan Thuỷ và cs, 2011). Công thức cấu tạo Polyethylene terephthalate (Thuy et al. Lịch sử và quá trình thương mại hoá PET Lịch sử của polyester tổng hợp bắt đầu từ những khám phá của nhà hoá học người Mỹ Wallace H. Carothers (1896–1937) về các polyme nhựa nhiệt dẻo được thực hiện tại phòng thí nghiệm của công ty DuPont.
Tuy nhiên sự ra đời của nhựa PET là do công lao của nhà hoá học người Anh John R. Whinfield (1901–1966) và trợ lý của ông là James T. Dickson vào năm 1941 tại Hiệp hội các nhà in Calio ở Manchester (Anh). Cả hai nhà khoa học đã tổng hợp PET 6 bằng cách thực hiện các quá trình ngưng tụ liên quan đến hai monome (là axit terephthalic và EG).
Ngoài ra, trong cùng năm đó, khám phá này đã được ứng dụng vào sản xuất sợi PET đầu tiên với tên gọi Terylene ( quyền sáng chế được cấp bởi Imperial Chemical Industry, ICI) (Nisticò, 2020). Vào những năm 1950, PET cũng được Công ty DuPont sản xuất cho thị trường Mỹ bằng cách cải tiến công nghệ đã được khai thác để sản xuất polymide, phát triển sợi PET cho ngành dệt có tên là Darcon. Ngoài ra Liên Xô đã sản xuất PET vào những năm 1949 trong các phòng thí nghiệm của Viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô dưới nhãn hiệu Lavsan. Việc khai thác PET trong lĩnh vực đồ uống là do công trình của kỹ sư người Mỹ Nathaniel C.
Wyeth (1911– 1990) tại Công ty DuPont. Wyeth đã phát minh và cấp bằng sáng chế cho 25 sản phẩm/ quy trình, và đã đạt bằng Nghiên cứu sinh kỹ thuật cao cấp tại Công ty DuPont. Đóng góp lớn nhất của Wyeth là ý tưởng lưu trữ CSD (chất lỏng có áp suất) thành khuôn thổi PET định hướng 2 chiều (được cấp bằng sáng chế năm 1973), mở ra hướng phát triển vượt bậc của PET trong phân khúc đồ uống đóng chai (Wyeth et al. Cuối cùng, những tiến bộ gần đây đạt được trong quy trình tái chế PET đã ủng hộ sử dụng R-PET cũng trong ngành công nghiệp nước giải khát.
Đầu những năm 1990, R-PET đã được chấp thuận cho tiếp xúc với thực phẩm ở Hoa Kỳ và Công ty Coca-Cola bắt đầu sản xuất nhựa chai nước giải khát giới thiệu R-PET trong công thức của họ (Welle, 2011). Tính chất của nhựa PET Polyetylen terephthalate (PET) là một trong những polyme nhiệt dẻo phổ biến nhất và được sử dụng chủ yếu để sản xuất sợi quần áo, chai lọ, cũng như một số vật liệu xây dựng. Về tính chất quang học, mức độ kết tinh của nhựa PET ảnh hưởng đến tính chất quang học của nhựa PET. Cụ thể, PET vô định hình (amorphous) trong suốt, trong khi PET bán tính thể (semi-Crystalline) mờ đục hoặc có màu trắng sữa.
Sự mất độ trong suốt như vậy trong các vật liệu polyme kết tinh là do sự hình thành các quả cầu tinh thể làm tán xạ ánh sáng (Saleh A. 7 Hơn nữa, tính trong suốt của PET vô định hình giúp ngành công nghiệp chế biến đồ uống có thể thiết kế các bao bì đựng trong suốt, giúp người tiêu dùng nhìn thấy nội dung mong muốn. Do các yếu tố như tính chất vật lý tốt (chống ăn mòn, độ bền cao, dễ gia công) ngay cả khi ở nhiệt độ thấp (< 70oC) (Aging et al. 2021) và có khả năng chống lại các hoá chất vô cơ, PET được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp (máy móc, ô tô, điện tử).