DOI:10.1016/j.jcou.2020.02.005

碳酸酐酶（CAs）是一类能在生理界面上发挥作用，并以极高的催化效率催化二氧化碳（CO2）界面转化为碳酸氢盐（HCO3-）的酶。尽管CAs有用于CO2封存的潜力，但其显著的传质阻力和气液界面处的酶稳定性差往往限制了酶的有效性。本文报道了一种密度可调的3D打印平台，可以容纳含固定化CA的电纺聚合物纤维，并使固定化CA能够在气-水两相系统中定位。利用3D打印技术，研究者制备了由两个漂浮单元和不同数量的生物催化单元组成的界面器件。每个生物催化单元的两个网状结构用于将固定化CA夹在中间，而连接在生物催化单元两侧的两个漂浮单元具有内部中空体积，能够控制酶负载界面装置在气-水界面处或附近的位置。与分别使用水溶液中的固定化CA和不使用固定化CA的对照界面装置进行的反应相比，将界面设备直接定位在双相界面上可分别提高CO2转化率1.8倍和3.4倍。在10次循环后以及随后在4℃的水缓冲液中保存459天后，CA负载界面装置分别保留了99.3%和88.2%的初始二氧化碳转化率。界面器件和固定化酶在聚合物纤维上的简单组合为生物催化剂用于界面CO2封存的实际应用铺平了道路。

图1.（A）电纺纤维的制备以及随后通过酶沉淀涂层（EPC）方法将酶固定在纤维上的过程。（B）用于控制和促进界面生物催化的EPC和3D打印界面装置的组装示意图。

图2.（A）3D打印漂浮结构的设计。（B）具有不同初始密度的漂浮结构自发地位于水中。比例尺：2 cm。（C）控制气-水两相体系中原型界面装置的浮选水平。为了清晰地显示气-水界面，用酸性蓝113染料对水相进行染色。比例尺：2 cm。

图3.（A）通过使用位于八个不同浮选水平的EPC-CA/纤维负载界面装置进行酶促CO2转化。（B）通过使用EPC-CA/纤维负载界面装置在八个不同浮选水平下进行CO2水合。虚线表示在不存在CA的情况下未催化的CO2水合的速率。

图4.（A）使用EPC-CA /纤维/设备在气-液界面处进行酶促CO2转化的照片。（B）3D打印界面设备的存在对酶促CO2转化性能的影响。虚线表示在不存在CA的情况下未催化的CO2水合的速率。

图5.沉淀碳酸钙的X射线衍射图。

图6.重复界面CO2转化条件下EPC-CA/纤维/装置的重复使用稳定性。在使用了10次EPC-CA/纤维/装置后，EPC-CA/纤维在4℃下保存459天，然后再次用于CO2转化。