Om enzymen te kunnen inzetten in een ander oplosmiddel dan water moet je ze verpakken in een Pickeringemulsie die je stabiliseert met holle nanopolymeerbolletjes. Zeker op industriële schaal werkt dat veel gemakkelijker dan gehannes met membranen of oppervlakte-actieve stoffen, schrijven Nijmeegse onderzoekers op de website van Angewandte Chemie.

Prof. Jan van Hest, postdoc Zhipeng Wang en collega’s hopen zo enzymen, die alleen onder water correct functioneren, te kunnen gebruiken als katalysator voor reacties met moleculen die in dat water niet goed oplossen.

Zo’n Pickeringemulsie wordt niet gestabiliseerd door de gebruikelijke zeepmoleculen, maar door nanodeeltjes die permanent op het scheidsvlak tussen water en olie worden geabsorbeerd. Traditioneel gebruikt men er vaak silicadeeltjes voor, zie bijvoorbeeld Stefan Bon die op deze manier chocolade verdunt met sinaasappelsap.

Nieuw is het idee om er holle bolletjes voor te gebruiken. Deze ‘polymersomen’, met een diameter van 200 tot 500 nanometer, ontstaan door zelfassemblage van amfifiele blokcopolymeren. In Nijmegen experimenteren ze er al jaren mee. Zo werd al duidelijk dat je er een enzym in kunt verpakken, en dat zo’n verpakt enzym prima blijft werken als katalysator: de bolletjes zijn poreus genoeg om grondstoffen en producten door te laten, terwijl het veel grotere enzym er zelf niet uit kan.

De Pickeringemulsie-constructie maakt het mogelijk om de polymersomen in te zetten op het grensvlak van een tweefasensysteem met water tussen (en in) de bolletjes, en olie of een ander organisch oplosmiddel daarbuiten. Het enzym kun je daarbij zowel in de geëmulgeerde waterdruppels stoppen als in de bolletjes zelf, afhankelijk van wat je het handigst vindt. In beide gevallen is het contactoppervlak tussen de twee fasen aangenaam groot.

Bijkomend voordeel van de Pickeringemulsie is dat hij zo stabiel is dat je er batchgewijs mee kunt werken. Als alle reagentia zijn omgezet, filter je het organische oplosmiddel met product en al af en vervangt het door een nieuwe lading, desnoods met een paar spoelrondes tussendoor.

De onderzoekers hebben het met succes uitgeprobeerd met tolueen als organische fase, polyethyleenglycol-b-polystyreen-co-3-isopropenyl-a,a-dimethylbenzylisocyanaat als materiaal voor de bolletjes, een lipase uit Candida antarctica als enzym, en de verestering van 1-hexanol en hexaanzuur tot hexylhexanoaat als modelreactie. Zelfs na 8 reactiecycli functioneerde het systeem nog prima.

bron: Angewandte, RU Nijmegen