Microinquinanti come interferenti endocrini, pesticidi e prodotti farmaceutici hanno effetti dannosi sulla salute pubblica e sugli ecosistemi acquatici, anche a livello di tracce. Le membrane biocatalitiche mostrano un'elevata efficienza di rimozione dei microinquinanti grazie all'integrazione della catalisi enzimatica e della separazione della membrana.

Raggiungere la stabilità a lungo termine e un'elevata efficienza catalitica allo stesso tempo rimane una sfida nella fabbricazione di membrane biocatalitiche. Ispirato al modello a mosaico fluido della struttura della membrana cellulare, un gruppo di ricerca guidato dal Prof. Wan Yinhua dell'Institute of Process Engineering (IPE) dell'Accademia cinese delle scienze ha preparato una nuova membrana biocatalitica con elevata attività enzimatica e stabilità per la rimozione dei microinquinanti. Lo studio è stato pubblicato su Giornale di ingegneria chimica il 28 novembre.

I ricercatori hanno messo a punto la forza di confinamento della membrana, regolando così la mobilità dell'enzima immobilizzato tramite modifica tridimensionale (3-D) dello strato di supporto della membrana di nanofiltrazione.

È stato applicato un rivestimento ispirato ai mitili per modificare l'intero strato di supporto della membrana di nanofiltrazione (denominata modifica 3-D), e la laccasi è stata successivamente ristretta in modo non covalente in una membrana di nanofiltrazione modificata mediante filtrazione inversa.

"La laccasi può essere stabilizzata nello strato di supporto modificato 3-D della membrana di nanofiltrazione con una distribuzione uniforme, elevato carico di enzimi, e altissima stabilità di stoccaggio. Inoltre, la membrana di nanofiltrazione modificata è versatile per diverse immobilizzazioni enzimatiche, " ha detto il prof. Wan.

Anche meglio, questa strategia di modifica 3-D ispirata alle cozze ha migliorato la forza di confinamento della membrana all'enzima con un piccolo incremento nella resistenza al trasferimento di massa per substrato e prodotti, che ha efficacemente ritardato la fuoriuscita dell'enzima e allo stesso tempo ha dotato l'enzima di un livello di mobilità per una catalisi efficiente.

La membrana biocatalitica preparata con una forza di confinamento ottimizzata ha mostrato un'elevata attività catalitica e stabilità a lungo termine in sette cicli di riutilizzo e 36 ore di funzionamento continuo per la rimozione dei microinquinanti.

I ricercatori hanno anche proposto un semplice protocollo per quantificare la mobilità dell'enzima immobilizzato, che potrebbe riflettere precisamente la forza di confinamento delle membrane modificate, così come le prestazioni catalitiche delle membrane biocatalitiche.

Inoltre, la membrana modificata potrebbe fungere da dispositivo di immagazzinamento di enzimi e dispositivo controllabile a rilascio prolungato per la reazione e il dosaggio. "Questo lavoro non offre solo una piattaforma versatile per immobilizzare vari enzimi e preparare una membrana biocatalitica superiore, " ha affermato il Prof. Luo Jianquan dell'IPE, "ma fornisce anche una guida per progettare un ambiente di confinamento ottimale per gli enzimi nella membrana, facilitare le potenziali applicazioni della membrana biocatalitica nella bioconversione potenziata, consegna farmaci, e biosensori su piccola scala."