研究人员制造纳米膜以提高化学生产中的反应速率

流动通过装有酶的反应器可以温和而小心地产生某些化学物质。然而，到目前为止，他们的表现是有限的。Helmholtz Zentrum Hereon和亚琛RWTH大学的一个研究小组现在已经能够将产量提高一千倍

使用特制的纳米膜，他们成功地使待转化的分子与酶更紧密地接触，从而显著提高了反应速率。新工艺可用于磷酸盐的可持续生产等。工作组在《自然通讯》杂志上发表了研究结果

酶是一种生物催化剂，可用于以环保和节能的方式生产化学品。然而，该过程并不总是使其易于有效地使用。其中一个概念是流通式反应器。它们由小通道组成，酶附着在这些通道的壁上。当溶液流过这些通道时，溶液中包含的分子可以停靠在生物催化剂上，以便在它们的帮助下反应，形成所需的产物

到目前为止，这些反应堆还没有达到最佳工作状态，因为它们通常有毫米大小的通道&mdash；另一方面，酶是纳米大小的。结果，许多流过的分子甚至不与生物催化剂接触，因此没有化学反应的机会

为了解决这个问题，工作组使用了在Geesthacht的Helmholtz Zentrum Hereon开发的一种特殊膜。“这种膜是由所谓的嵌段共聚物自组装而成的，”赫里恩膜研究所所长、汉堡大学物理化学教授Volker Abetz博士解释道。“它们的表面有高密度的同等大小的圆柱形孔。”这些孔很小，直径只有50纳米。在表面之下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特殊设计的辅助分子&mdash；一种粘性肽&mdash；用酶来固定这些孔壁。亚琛RWTH大学生物技术教授、莱布尼茨交互材料研究所科学管理成员Ulrich Schwaneberg博士解释道：“它一侧与孔壁结合，另一侧与酶结合。”。“这种肽充当一种减震器，使酶始终与孔壁保持一定距离。”

研究小组使用了一种名为植酸酶的酶作为原型。它会导致植酸酶的分解，植酸酶是一种在谷物等中发现的含磷化合物。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

因此，由于酶密集堆积的狭窄孔隙，转化为磷酸盐的植酸酶分子比以前的流通式反应器多1000倍；显著的产量。膜孔带正电和植酸酶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

张说：“我们对这种膜进行了30天的测试，但它的效率损失很小。”。“肯定有可能将我们的反应器扩大到工业规模。”由于Hereon工艺也可以用于生产孔径更小或更大的膜，因此也应该有可能在反应器中配备其他酶，从而加速其他化学反应

然而，仍有一些问题有待澄清。Abetz解释道：“我们还没有详细了解膜结构是如何形成的。”。“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。”