Queste fibre biocatalitiche stampate in 3D eliminano l’anidride carbonica

Nell'episodio di oggi di "What If?" – e se gli astronauti dell’Apollo 13 avessero una stampante 3D? Bene, per prima cosa, avrebbero potuto evitare tutto il pasticcio con nastro adesivo e copertine degli elenchi delle procedure per truccare i filtri all'idrossido di litio, almeno se avessero saputo di questi filtri enzimatici di CO2 stampati in 3D. E il viaggio nel tempo... probabilmente ne avrebbero avuto bisogno anche loro.

Un po’ esagerato, sì, ma il lavaggio ambientale della CO2 è almeno un caso d’uso di ciò che [Jialong Shen] e altri del Dipartimento di Ingegneria Tessile della North Carolina State University hanno sviluppato qui. La star dello spettacolo non è tanto la stampa 3D, anche se spruzzare un aerogel biocompatibile e reticolarlo al volo con la luce UV è piuttosto interessante. Piuttosto, la chiave per sviluppare un tessuto in grado di assorbire la CO2 è l’anidrasi carbonica, o CA, un enzima onnipresente fondamentale per il mantenimento dell’omeostasi acido-base. La CA è un piccolo enzima che coordina uno ione zinco nel suo sito attivo e catalizza efficacemente l'aggiunta di acqua all'anidride carbonica per produrre ioni bicarbonato e idrogeno. Una singola molecola di CA può catalizzare la conversione fino a un milione di molecole di CO2 al secondo, rendendola molto interessante come filtro per CO2.

Nel presente lavoro, un aerogel di poli(etilene glicole) diacrilato/poli(etilenossido) (PEG-DA/EO) è stato utilizzato per intrappolare le molecole di CA, mantenendole in posizione in una matrice polimerica per proteggerle dalla denaturazione pur consentendo accesso alla CO2 gassosa. I polimeri non legati sono stati miscelati con fotoiniziatori e una soluzione di anidrasi carbonica ed estrusi attraverso un ugello sottile con una pompa a siringa. Il filo risultante è stato sabbiato con luce UV da 280–450 nm, polimerizzando immediatamente il filo. Il filo viene avvolto come monofilamento per la successiva tessitura oppure stampato direttamente in una griglia 2D.

Il filamento si è dimostrato abbastanza efficace nella cattura della CO2, riuscendo a eliminare il 24% del gas da una miscela passata su di esso. Inoltre, l'enzima intrappolato sembra essere abbastanza stabile, sopravvivendo ai lavaggi con vari solventi e ad alterazioni fisiche come torsioni e piegature. Si tratta di uno sviluppo entusiasmante nei tessuti catalitici e, oltre ai suoi ovvi usi ambientali, qualcosa di simile potrebbe rendere più facili da costruire e gestire bioreattori economici su scala industriale.

Crediti fotografici: [Sen Zhang] e [Jialong Shen], NC State; [Rachel Boyd], Notizie sullo spettro 1

[tramite Phys.org]