ペプトイド系ナノ材料が二酸化炭素の溶解と析出を促進(Peptoid Nanomaterials Promote Carbon Dioxide Dissolution and Precipitation)

2026-10-14 パシフィック・ノースウェスト国立研究所(PNNL)

米国エネルギー省傘下のパシフィック・ノースウェスト国立研究所(PNNL)の研究チームは、金属を含まない人工酵素として機能するペプトイドナノ材料を開発し、二酸化炭素(CO₂)の鉱物化を促進する仕組みを示した。ペプトイドは、タンパク質に似た構造を人工的に設計できる分子で、特定の配列を持つ分子同士を自己組織化させることで、結晶性のナノシートやナノチューブを形成する。研究チームは、ヒスチジンを模倣したイミダゾール基を適切に配置し、天然酵素の炭酸脱水酵素に似た触媒機能を実現した。この材料はCO₂の水和反応を促進し、重炭酸イオンへの変換を進めるとともに、カルシウムイオンの存在下で炭酸カルシウムなどの炭酸塩鉱物の形成を促進した。炭素13核磁気共鳴測定などにより、ナノ材料が鉱物析出の開始を早めることも確認された。天然酵素に比べて熱的・化学的安定性に優れ、金属補因子も必要としないため、CO₂回収・固定技術や人工酵素の開発に向けた新しい材料設計指針となる。

ペプトイド系ナノ材料が二酸化炭素の溶解と析出を促進(Peptoid Nanomaterials Promote Carbon Dioxide Dissolution and Precipitation)
Designed peptoid assemblies as metal-free enzyme mimics to catalytically hydrate CO2 to bicarbonate and accelerate the conversion of bicarbonate into carbonate mineral crystals. (Image by Nathan Johnson | Pacific Northwest National Laboratory)

<関連情報>

自己組織化結晶性ペプトイドナノ材料を金属フリー酵素模倣体として用いた二酸化炭素の水和および沈殿促進 Self-Assembled Crystalline Peptoid Nanomaterials as Metal-Free Enzyme Mimics for Enhanced Carbon Dioxide Hydration and Precipitation

Progyateg Chakma, Ying Chen, Thi Kim Hoang Trinh, Anthony R. Perez, Jonathan Gil, Maria Casco Hidalgo, Botao Hao, Kyle Whitaker, Chun-Long Chen
Advanced Functional Materials  Published: 12 September 2026
DOI:https://doi.org/10.1002/adfm.78375

ABSTRACT

Inspired by recently discovered metal-free carbonic anhydrases (CAs) and other natural enzymes that achieve efficient catalysis without metal cofactors, we herein report a sequence-defined supramolecular peptoid platform that mimics metal-free CAs and exhibits hydrolytic activity via a supramolecular assembly-mediated proton-transfer mechanism. This rational peptoid design employs a spatially distributed histidine-inspired functionality within a cyclen-based macrocyclic scaffold embedded in an amphiphilic peptoid system, enabling self-assembly into highly crystalline nanosheets and nanotubes. These peptoid assemblies exhibit efficient hydrolysis of 4-nitrophenyl acetate (4-NPA) under physiological conditions, with catalytic activity strongly correlated with the spatial organization of imidazole groups and the assembly morphology. Extensive mechanistic studies suggest that the catalysis relies on assembly-confined proton transfer within the H-bonding network of peptoid assemblies, thereby promoting general acid-base catalysis. Additionally, peptoid catalysts enhance CO2 hydration and precipitation, providing sequence-defined nanomaterials as a flexible, metal-free artificial enzyme platform for hydrolytic catalysis and biomimetic mineralization.

0502有機化学製品
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