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Stability and Kinetic Study of Immobilized Carbonic anhydrase into PVDF Membrane

PVDF膜に固定化された炭酸脱水酵素の安定性と速度論的研究 (AI 翻訳)

Siti Nadia, Abdullah, Fazlena Hamzah, Nursyuhani Che Husain, Harumi Veny, Miradatul Najwa, M. Rodhi, Nur Atikah Mohidem, D. Ariyanti

ASEAN Journal of Chemical Engineering📚 査読済 / ジャーナル2026-04-30#CCUS
DOI: 10.22146/ajche.17764
原典: https://doi.org/10.22146/ajche.17764

🤖 gxceed AI 要約

日本語

本研究は、CO2鉱化プロセス向けに炭酸脱水酵素（CA）をPVDF膜に固定化し、その安定性と反応速度を評価した。固定化酵素は遊離酵素に比べて熱・pH安定性が向上し、ミカエリス定数Km=7.45 mmol/Lと高い基質親和性を示した。走査型電子顕微鏡で均一な酵素分布を確認。膜固定化CAの安定性-速度論関係の定量的知見を提供し、将来の酵素支援CO2鉱化システムの基盤を確立した。

English

This study immobilizes carbonic anhydrase (CA) onto PVDF membranes for CO2 mineralization. The immobilized enzyme shows enhanced thermal and pH stability, with a low Michaelis constant (7.45 mmol/L) indicating strong substrate affinity. SEM confirms homogeneous enzyme distribution. The work provides quantitative insights into stability-kinetics relationships, establishing a baseline for advanced enzyme-assisted CO2 capture systems.

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

📝 gxceed 編集解説 — Why this matters

日本のGX文脈において

日本のGX実現にはCCUS技術の実用化が不可欠であり、本研究成果は酵素膜を利用した低コストCO2回収・鉱化技術の基盤となる。特に、安定性向上と反応速度論の定量評価は、産業規模での応用に向けた設計指針を提供する。

In the global GX context

In the global GX context, enzyme-assisted carbon capture and mineralization is emerging as a low-energy alternative to amine scrubbing. This work advances the understanding of immobilized CA stability and kinetics, which is critical for scalable membrane contactor systems. The quantitative kinetic parameters offer a benchmark for further process optimization in CCUS.

👥 読者別の含意

🔬研究者:Provides quantitative kinetic parameters and stability data for immobilized CA, useful for designing enzyme-based CCUS systems.

🏢実務担当者:Offers insights into membrane immobilization strategy for CO2 mineralization, but requires further validation for industrial scale.

📄 抄録（日本語訳）

炭酸脱水酵素（CA）はCO₂水和を促進する高効率な生体触媒であり、酵素支援による炭素鉱物化や燃焼後CO₂回収において大きな関心を集めている。しかし、CAの実用的な展開は、産業関連条件下での限られた安定性と非再利用可能性によって妨げられている。本研究では、CAをグルタルアルデヒド媒介の共有結合架橋を介して疎水性ポリフッ化ビニリデン（PVDF）膜に固定化し、CO₂鉱物化用途のための堅牢な酵素膜プラットフォームを開発した。固定化酵素は、遊離CAよりも熱的およびpH安定性が大幅に向上し、鉱物炭酸化プロセスに関連する条件下での改善された耐性を示した。酵素動力学は、モデル基質としてp-ニトロフェニルアセタートを用いて系統的に評価され、低い見かけのミカエリス定数（Km = 7.45 mmol L⁻¹）と最大反応速度（Vm = 0.76 µmol min⁻¹）が明らかになり、膜閉鎖微小環境内での強い酵素–基質親和性を示した。走査型電子顕微鏡により、PVDF細孔構造内での均一な酵素分布と安定した付着が確認された。従来の固定化戦略を用いながらも、本研究は膜固定化CAの安定性–動力学関係に関する定量的な洞察を提供する。これは、高度な酵素支援CO₂鉱物化および膜接触器システムの将来の開発のためのベースライン膜アーキテクチャを確立するものである。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

📄 Abstract（原文）

Carbonic anhydrase (CA) is a highly efficient biocatalyst for accelerating CO₂ hydration and has attracted significant interest for enzyme-assisted carbon mineralization and post-combustion CO₂ capture. However, the practical deployment of CA is hindered by its limited stability and non-recyclability under industrially relevant conditions. In this study, CA was immobilized onto a hydrophobic poly(vinylidene fluoride) (PVDF) membrane via glutaraldehyde-mediated covalent crosslinking to develop a robust enzymatic membrane platform for CO₂ mineralization applications. The immobilized enzyme showed greater enhanced thermal and pH stability than free CA, demonstrating improved resilience under conditions relevant to mineral carbonation processes. Enzymatic kinetics were systematically evaluated using p-nitrophenyl acetate as a model substrate, revealing a low apparent Michaelis constant (Km = 7.45 mmol L⁻¹) and a maximum reaction rate (Vm = 0.76 µmol min⁻¹), indicative of strong enzyme–substrate affinity within the membrane-confined microenvironment. Scanning electron microscopy confirmed homogeneous enzyme distribution and stable attachment within the PVDF pore structure. While employing a conventional immobilization strategy, this work provides quantitative insight into the stability–kinetics relationship of membrane-immobilized CA. It establishes a baseline membrane architecture for future development of advanced enzyme-assisted CO₂ mineralization and membrane contactor systems.

🔗 Provenance — このレコードを発見したソース

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gxceed は公開メタデータに基づく研究支援データセットです。要約・翻訳・解説は AI 支援で生成されています。 最終的な解釈・検証は利用者が原典資料に基づいて行うことを前提とします。