DOI:10.1016/j.jcou.2020.02.005
碳酸酐酶（CAs）是一類能在生理界面上發揮作用，并以極高的催化效率催化二氧化碳（CO2）界面轉化為碳酸氫鹽（HCO3-）的酶。盡管CAs有用于CO2封存的潛力，但其顯著的傳質阻力和氣液界面處的酶穩定性差往往限制了酶的有效性。本文報道了一種密度可調的3D打印平臺，可以容納含固定化CA的電紡聚合物纖維，并使固定化CA能夠在氣-水兩相系統中定位。利用3D打印技術，研究者制備了由兩個漂浮單元和不同數量的生物催化單元組成的界面器件。每個生物催化單元的兩個網狀結構用于將固定化CA夾在中間，而連接在生物催化單元兩側的兩個漂浮單元具有內部中空體積，能夠控制酶負載界面裝置在氣-水界面處或附近的位置。與分別使用水溶液中的固定化CA和不使用固定化CA的對照界面裝置進行的反應相比，將界面設備直接定位在雙相界面上可分別提高CO2轉化率1.8倍和3.4倍。在10次循環后以及隨后在4℃的水緩沖液中保存459天后，CA負載界面裝置分別保留了99.3%和88.2%的初始二氧化碳轉化率。界面器件和固定化酶在聚合物纖維上的簡單組合為生物催化劑用于界面CO2封存的實際應用鋪平了道路。
圖1.（A）電紡纖維的制備以及隨后通過酶沉淀涂層（EPC）方法將酶固定在纖維上的過程。（B）用于控制和促進界面生物催化的EPC和3D打印界面裝置的組裝示意圖。
圖2.（A）3D打印漂浮結構的設計。（B）具有不同初始密度的漂浮結構自發地位于水中。比例尺：2 cm。（C）控制氣-水兩相體系中原型界面裝置的浮選水平。為了清晰地顯示氣-水界面，用酸性藍113染料對水相進行染色。比例尺：2 cm。
圖3.（A）通過使用位于八個不同浮選水平的EPC-CA/纖維負載界面裝置進行酶促CO2轉化。（B）通過使用EPC-CA/纖維負載界面裝置在八個不同浮選水平下進行CO2水合。虛線表示在不存在CA的情況下未催化的CO2水合的速率。
圖4.（A）使用EPC-CA /纖維/設備在氣-液界面處進行酶促CO2轉化的照片。（B）3D打印界面設備的存在對酶促CO2轉化性能的影響。虛線表示在不存在CA的情況下未催化的CO2水合的速率。
圖5.沉淀碳酸鈣的X射線衍射圖。
圖6.重復界面CO2轉化條件下EPC-CA/纖維/裝置的重復使用穩定性。在使用了10次EPC-CA/纖維/裝置后，EPC-CA/纖維在4℃下保存459天，然后再次用于CO2轉化。
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