装有酶的流通式反应器可以以温和而谨慎的方式生产某些化学物质。然而，迄今为止，他们的表现还很有限。来自亥姆霍兹赫伦中心和亚琛工业大学的研究小组现在已经能够将产量提高一千倍。

使用定制的纳米膜，他们成功地使待转化的分子与酶的接触更加紧密，从而显着提高了反应速率。新工艺可用于磷酸盐的可持续生产等。该工作组在《自然通讯》杂志上公布了其研究结果。

酶是一种生物催化剂，可用于以环保、节能的方式生产化学品。然而，该过程并不总是能让它们轻松有效地使用。其中一个概念是流通式反应器。它们由小通道组成，酶粘附在通道的壁上。当溶液流经这些通道时，溶液中所含的分子可以对接到生物催化剂上，以便在它们的帮助下发生反应，形成所需的产物。

到目前为止，这些反应器还没有达到最佳工作状态，因为它们通常具有毫米大小的通道，而酶则具有纳米大小。结果，许多流过的分子甚至没有与生物催化剂接触，因此没有机会发生化学反应。

酶减震器

为了解决这个问题，工作组使用了位于盖斯特哈赫特的亥姆霍兹中心开发的特殊膜。“这种膜是由所谓的嵌段共聚物自组装而成的，”赫伦膜研究所所长兼汉堡大学物理化学教授VolkerAbetz博士解释道。“它们的表面具有高密度的同等大小的圆柱形孔。”它们很小，直径只有50纳米。表面下方是由相同的嵌段共聚物制成的更开放的多孔结构。

科学家们使用了一种专门设计的辅助分子——一种粘合肽——将酶与这些孔壁结合在一起。“它的一侧与孔壁结合，另一侧与酶结合，”亚琛工业大学生物技术教授、莱布尼茨互动材料研究所科学管理成员UlrichSchwaneberg博士解释道。“肽充当一种减震器，使酶始终与孔壁保持一定距离。”

该团队使用一种称为植酸酶的酶作为他们的原型。它会导致植酸盐的分解，植酸盐是一种存在于谷物等中的含磷化合物。例如，在实践中，植酸酶被添加到动物饲料中。这促进了生物磷酸盐的释放，然后可以将其用作可持续肥料。

成功的耐力测试

“我们的流动反应器原型设计相对简单，”Hereon研究员张珍珍博士说。“膜的大小约为一张纸，加上一个允许植酸盐溶液流过膜的系统。”

结果，由于狭窄的孔隙中密集地充满了酶，与之前的流通式反应器相比，大约有一千倍多的植酸盐分子可以转化为磷酸盐，这是一个显着的产量。膜孔带正电而植酸盐分子带负电也是有用的。由此产生的吸引力也有助于使分子与酶接触。

“我们对这种膜进行了30天的测试，其效率几乎没有损失，”张说。“当然应该有可能将我们的反应堆扩大到工业规模。”由于Hereon工艺也可用于生产具有更小或更大孔径的膜，因此还应该可以为反应器配备其他酶，从而加速其他化学反应。

然而，仍有一些悬而未决的问题需要澄清。“我们还没有详细了解膜结构是如何形成的，”阿贝茨解释道。“如果我们成功了，我们希望能够以比以前更有针对性的方式在膜中产生圆柱形孔。”

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