La industria consume grandes cantidades de petróleo crudo para producir sustancias básicas para medicamentos, cosméticos, plásticos o alimentos. Sin embargo, estos procesos consumen mucha energía y producen desechos. Los procesos biológicos con enzimas son mucho más sostenibles. Las moléculas de proteínas pueden catalizarVarias reacciones químicas sin necesidad de materiales auxiliares o disolventes, pero son caras y, por lo tanto, no han sido económicamente atractivas hasta ahora. Los investigadores del Instituto de Tecnología de Karlsruhe KIT han desarrollado un nuevo biomaterial que facilita considerablemente el uso de enzimas.los resultados se presentan en la revista Angewandte Chemie .
Los catalizadores aseguran una reacción rápida de las sustancias básicas al producto final deseado con bajo consumo de energía. Por lo tanto, son de gran importancia para la industria química. En aproximadamente el 90% de todos los procesos químicos, se aplican catalizadores. Los científicos de KIT ahora han desarrollado unbiomaterial alternativo respetuoso con el medio ambiente, cuyo uso está asociado con un consumo reducido de energía ". A largo plazo, tales materiales biocatalíticos se utilizarán en la producción automática de compuestos básicos de valor agregado sin síntesis compleja y pasos de limpieza y con una cantidad mínima deresiduos ", dice el profesor Christof Niemeyer del Instituto de Interfaces Biológicas del KIT.
Para este propósito, los científicos modificaron las enzimas naturales de modo que se autoensamblen en un biocatalizador estable. Similar a un adhesivo de dos componentes, las enzimas forman un material de tipo gel. Este material se aplica sobre chips de plástico con depresiones en forma de ranuraEl secado conduce a la concentración y formación del hidrogel. Luego, este chip está cubierto por una lámina de plástico y las sustancias básicas se pueden bombear a través de las ranuras y se convierten en los productos finales deseados por los biocatalizadores. El gel del biocatalizador no queda.Se necesitan altas temperaturas y presiones, lo que hace que el proceso sea altamente sostenible y compatible con el medio ambiente.
Como existe un gran volumen de reacción en el espacio más pequeño, las tasas de conversión en tales reactores de flujo miniaturizados o recipientes de reacción pequeños son muy altas. Sin embargo, su uso en procesos biocatalíticos todavía está en pañales, ya que los materiales portadores se han requerido hasta ahora parafijan las enzimas en el reactor. Estos portadores necesitan espacio en el reactor que ya no está disponible para el biocatalizador. El nuevo biomaterial, por el contrario, se adhiere al portador y el reactor puede llenarse con una cantidad máxima de biocatalizador. Además, puedese recicla completamente, es biodegradable, altamente estable y alcanza rendimientos extremadamente altos en reacciones, para lo cual se requieren materiales auxiliares costosos.
En comparación con los materiales químicos, los biocatalizadores son particularmente ventajosos cuando los llamados enantiómeros son producidos por un proceso. Estos son compuestos que son imágenes especulares entre sí. Como regla general, solo se necesita uno de los compuestos para la reacción, el segundoincluso puede tener efectos no deseados. Con la ayuda de biocatalizadores, es posible la producción específica de uno de ambos compuestos, mientras que los procesos químicos a menudo requieren costosos materiales auxiliares para este propósito o la separación del compuesto no deseado.
El trabajo se llevó a cabo en el marco del Programa Helmholtz "Biointerfaces en tecnología y medicina" BIFTM. "Nuestro trabajo de investigación y desarrollo solo fue posible con el equipo y la infraestructura de este programa", dice Christof Niemeyer. Dentro del marcoEn este programa, los científicos de KIT cooperan entre disciplinas para estudiar y utilizar sistemas biológicos para su posterior aplicación en los sectores de bioingeniería industrial y médica. La alta interdisciplinariedad requiere una amplia experiencia metodológica que cubra la producción y caracterización de materiales, así como métodos de simulación basados en datos.cómo está disponible en KIT
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Materiales proporcionado por Instituto Karlsruher für Technologie KIT . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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