Garn belagt med enzymer kan fungere som filtre

North Carolina State University-forskere viste i en ny undersøgelse, at de kunne belægge bomuldsgarn med enzymer, som er naturens værktøj til at fremskynde kemiske reaktioner, for at omdanne brintoverilte til ilt og vand. Bevis-of-concept-undersøgelsen er et skridt mod skabelsen af ​​en ny generation af kemiske filtre.

Nu, forskerne undersøger, om de kan designe tekstilfiltre, der kan fungere som en kulstoffangstteknologi. De arbejder på at belægge tekstiler med kulsyreanhydrase, et enzym, der kan omdanne kuldioxid, en drivhusgas, i vandopløselig bagepulver.

"Katalasesystemet, vi beskrev i publikationen, selvom vi kan bruge det til rigtige applikationer, for det meste brugte vi det som en model for at se, om vi kunne binde et enzym til et tekstil, og vis reaktionen virker, " sagde undersøgelsens tilsvarende forfatter Sonja Salmon, lektor i tekstilteknik, kemi og videnskab ved NC State. "Vi ved alle, at kuldioxidemissioner er et stort problem. Hvad hvis vi kunne lave et filter til det, som din krop gør, når du trækker vejret?"

The Abstract satte sig ned med Salmon for at tale om undersøgelsen, som blev rapporteret i journalen Avancerede materialegrænseflader , og forskningens fremtid.

TA:Hvad er enzymer?

Laks:Enzymer kaldes naturens katalysatorer. De er proteiner, der er foldet til en speciel form, der skaber et sted, hvor kemiske reaktioner kan ske. Livet, som vi kender det, ville ikke eksistere uden enzymer, fordi mange kemiske reaktioner, der er nødvendige for livet, bare ikke ville ske under almindelige forhold. Enzymer hjælper kemikalier med at mødes på den rigtige måde, så reaktioner kan ske.

TA:Hvad er katalase, enzymet du brugte i denne undersøgelse?

Laks:Catalase er faktisk et meget vigtigt enzym i din krop. Det nedbryder hydrogenperoxid, som kan dannes naturligt. Din krop laver katalase for at ødelægge peroxidet, før det kan skade dig.

I vores undersøgelse, katalase var vores modelsystem. Vi brugte et gel-lignende materiale kaldet chitosan til at klæbe katalasen til garn, og viste så, at vi kunne bruge dem til at ændre brintoverilte til vand og ilt.

Vi valgte katalase som model, fordi der frigives ilt, når enzymet nedbryder peroxid, laver bobler i vand. Boblerne fortæller os med det samme, om enzymet virker.

Denne undersøgelse har betydning for industrielle processer. I tekstilindustrien, peroxid bruges til at blege bomuld. Hvis du ville genbruge det samme vand til en anden proces, hvor blegemidlet ville være skadeligt, du kan bruge vores biokatalytiske tekstil som et filter til at rense peroxiden ud af vandet.

TA:Hvorfor ville du binde enzymerne til et tekstil?

Laks:Mange enzymer forekommer naturligt som en slags opløste materialer. Hvis du vil bruge dem igen og igen, en måde at gøre det på ville være at fastgøre dem til en overflade, så du kan genbruge dem.

Jeg er interesseret i at binde enzymer til tekstiler, specielt fordi tekstiler er meget funktionelle materialer. Du kan lave dem i forskellige former og størrelser, de er fleksible, og du kan bøje dem. Og - hvad der er vigtigt for visse applikationer - kan de transportere vand og væsker. Bare forestil dig en dryppende våd vaskeklud, og du forstår ideen.

TA:Hvad er den fremtidige anvendelse af at binde enzymer til tekstiler?

Laks:Det egentlige mål er at bruge et enzym kaldet kulsyreanhydrase. Dette er et andet enzym, du har i din krop. Det hjælper dig med at flytte kuldioxid ud af dine celler, så du kan udånde det.

Hvad hvis vi kunne lave et filter med dette enzym til at filtrere gas fra et kraftværk? Kuldioxid er en drivhusgas, produceret ved afbrænding af brændstof. For at forhindre det i at komme ind i atmosfæren, vi er nødt til selektivt at udvælge kuldioxid-molekylerne fra kraftværkets emissioner, og lad andre harmløse gasser gå. Disse enzymer er meget selektive. De vil kun reagere med kuldioxid for meget hurtigt at omdanne det til bikarbonat, som straks opløses i procesvæsken. Denne opfangede kuldioxid ville derefter gå til en separat proces, hvor bikarbonat fjernes, og væsken genanvendes. Hvis du ikke har et system til at fange CO ₂ , det bliver meget svært at fjerne det fra emissioner. Vi arbejder på at vise, at den teknologi, vi udvikler, kan være et nyttigt værktøj i kampen mod klimaændringer.