3D 프린팅된 생체촉매 섬유로 이산화탄소 제거

오늘 'What If?' 방송에서 — 아폴로 13호 우주 비행사에게 3D 프린터가 있다면 어떨까요? 글쎄요, 우선, 적어도 3D 프린팅된 효소 CO2 필터에 대해 알고 있었다면 그들은 수산화리튬 필터를 심사하기 위해 덕트 테이프와 절차 목록 표지로 모든 장황함을 피할 수 있었을 것입니다. 그리고 시간여행도… 아마 그들에게도 필요했을 겁니다.

약간의 확장이기는 하지만, 환경적 CO2 세정은 노스 캐롤라이나 주립 대학 섬유 공학과의 [Jialong Shen] 외 연구진이 여기에서 개발한 최소한 하나의 사용 사례입니다. 쇼의 스타는 3D 프린팅이 아닙니다. 생체 적합성 에어로겔을 분출하고 이를 즉시 UV 광선과 교차 연결하는 것은 꽤 멋지지만 말입니다. 오히려 CO2 제거 직물 개발의 핵심은 산-염기 항상성을 유지하는 데 핵심이 되는 보편적인 효소인 탄산탈수효소(CA)입니다. CA는 활성 부위에서 아연 이온을 조정하고 이산화탄소에 물을 첨가하여 중탄산염과 수소 이온을 생성하는 것을 효율적으로 촉매하는 깔끔하고 작은 효소입니다. 단일 CA 분자는 초당 최대 백만 개의 CO2 분자 전환을 촉매할 수 있으므로 CO2 필터로서 매우 매력적입니다.

현재 연구에서는 폴리(에틸렌 글리콜) 디아크릴레이트/폴리(에틸렌 옥사이드)(PEG-DA/EO)의 에어로겔을 사용하여 CA 분자를 포획하여 폴리머 매트릭스에 고정하여 변성으로부터 보호하는 동시에 CA 분자를 보호했습니다. 기체 CO2에 대한 접근. 연결되지 않은 중합체를 광개시제 및 탄산 탈수효소 용액과 혼합하고 주사기 펌프를 사용하여 미세 노즐을 통해 압출했습니다. 생성된 실은 280~450 nm UV 광으로 분사되어 실을 즉시 경화시켰습니다. 실은 나중에 직조하기 위해 모노필라멘트로 감겨지거나 2D 그리드로 직접 인쇄됩니다.

필라멘트는 통과하는 혼합물에서 가스의 24%를 제거하는 데 성공하여 CO2 포집에 매우 뛰어난 것으로 입증되었습니다. 더욱이, 포획된 효소는 매우 안정적인 것으로 보이며, 다양한 용매와 비틀림 및 굽힘과 같은 물리적 파괴에도 살아남습니다. 이는 촉매 직물 분야의 흥미로운 발전이며, 명백한 환경적 용도 외에도 이와 같은 기술을 통해 값싼 산업 규모의 생물반응기를 보다 쉽게 ​​구축하고 운영할 수 있습니다.

사진 출처: [Sen Zhang] 및 [Jialong Shen], NC State; [레이첼 보이드], 스펙트럼 뉴스 1

[Phys.org를 통해]