Yeşil Kimyasal İmalat için Biyokimyasal Catalyst

Sürdürülebilirlik, enerji tüketimi, tehlikeli ürünler ve atıklar için vazgeçilmez bir öncelik haline geldi. On yıllardır, geleneksel kimyasal süreçler yüksek sıcaklıklara dayanıyor ve tüketicinin tepkilerini artırmak için alternatifler araması gerekiyor.En dönüştürücü çözümler arasında, biyolojik katalizörler ve tüm-telif sistemlerde önemli çevresel ayak izlerinin benimsenmesi ve atıkların azaltılması için baskı, bu hafif kimyasal dönüşümleri azaltmak için, bu hafif kimyasal maddeler için karmaşık kimyasal dönüşümler gerçekleştirebiliyor.

10 milyar dolardan fazla değer veren küresel enzim pazarı, farmasötik veya ekonomik olmayan nedenlerle endüstriler hızla genişliyor. Bu makale biyokimyasal katalizörlerin operasyonel ve faydalarını tanıtır, protein mühendisliği, sentetik biyoloji ve daha verimli bir üretim ortamına doğru yol açıyor.

Yeşil Kimyada Biyokimyasal Catalystn Rolü

Enzymes, doğanın katalizörleridir - bu hafif işletim penceresi doğrudan enerji talepleri azalır ve uçucu organik çözücülerin kullanılması gibi geleneksel kimyasal katalizörlerin aksine, enzimler yakın zamanda sıvılaştırılmış soğuk sıcaklıklar ve pH, genellikle suda çözünebilir.Bu hafif işletim penceresi doğrudan enerji talepleri azalırken, 100 °C'ye kadar kesintiye uğrayabilir ve verimsiz atıklar üretebilir. Örneğin, enzimler en iyi şekilde en iyi şekilde suyla birlikte 30-40 °C'ye çıkabilir.

Enzimlerin yüksek seçiciliği kritik bir avantajdır. Geleneksel katalizörler genellikle bir ilaç veya güvenlik karışımı üretir, aksine, özel substratlar ve kedileri yalnızca istenen dönüşümleri kabul eder.Bu hassas, saflık gibi endüstriler için hayati önem taşır, hangi enantiomerler ve güvenlikleri belirleyebilir.

Biyokimyasal katalizörler, ince kimyasalların ve biyoremediklerin sentezine dayanan birkaç sınıfa girerler (örneğin, magnezyumlar, profeksiyonlar, deterjanlar ve biyodizit endüstrileri gibi). Transferases, yüksek çözünürlükte giderek daha fazla kullanılır.

Üretimdeki enzimlerin uygulanması, yeşil kimyanın birkaçını destekler: tehlikeli maddelerin kullanımını azaltır, daha düşük enerji yoğunluğu ve sıklıkla katalitik ciroyu yüksek verimlilikle ortadan kaldırır. Aromatiklik örneği Mitsubishi telgrafı tarafından, bu da bir bakır-catalyzed işlemi bir nitrile hipnoz enzimi ile değiştirir ve toksiklerin ürünle kullanılmasını sağlar.

Biyokimyasal Catalystlerdeki Son Yenilikler

Son iki yıl enzim mühendisliğinde bir devrime tanık oldu, araştırmacıların endüstriyel koşullar için biyocatalystlere tertemiz olmasına izin veren teknikler tarafından yönlendirildi: yönlendirilen evrim, enzim immobilizasyon ve sentetik biyoloji.Daha yakın zamanda, hesaplama tasarımı, araçtabanya katıldı, keşif ve optimizasyon.

Yönetmen Evolution

Proje, Fransa'nın Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü'nde öncül olarak, organik çözücülere yönelik doğal seçilim veya organik çözücülere yönelik olarak laboratuvarda doğal seçilimi taklit etti. Süreç, bu çalışma için kimyada Nobel dönüştürücü etkileri içeriyordu (aslında rastgele değişiklikleri tanıtıyor).

Endüstriyel örnekler bir miktar. Codexis, bir biyokataliz şirketi, üretim sürecini basitleştirmek ve atıkları azaltmak için yönlendirilen bir evrimdi.Cumartlı ilaç, yüksek pH ve yüksek sıcaklıklar altında kalan milyonlarca deterjan için enzimler gelişti.

Enzyme Immobilizasyon

Serbest enzimler çözümde aktif olsa da, kurtarma ve yeniden kullanımları, özellikle sürekli süreçlerde zorlanabilir. Enzyme immobilizasyon enzimleri sağlam bir desteğe bağlar - silik beads, manyetik nanopartiküller, veya polimerik reçineler gibi - fiziksel adorpsiyonlar, covalent bağlar veya encaplarulation.

Destek malzemelerindeki yenilikler olasılıklar genişletmiştir. Metal-organik çerçeveler (MOFs) yüksek yüzey alanı ve tonable pore boyutları sağlar, substratlar için sürekli olarak çalıştırılırken, sabitlenmiş enzim agresyonu ile birlikte.En az aktivite kaybı ile ilgili olarak, yüksek aktivite ile çözülmemiş partiküller yaratır.T:1'de yüksek derecede yüksek derecedenolarak, biyokatli glukoz elde etmek için ekonomik olarak rolde kullanılabilir.

Sentetik Biyoloji ve de novo Enzyme Design

Sentetik biyoloji, mevcut proteinlerin tamamen yenilerini tasarlamak için enzim mühendisliğini genişletmektedir. modüler protein domainlerini birleştirerek, sentetik genlerle bir araya getirme yeteneği, araştırmacılar doğal bir meslektaşı olmayan tepkiler için enzimler yaratabilirler. Örneğin, Washington Üniversitesi'ndeki bilim adamları, Rosetta moleküler modellemeyi bir Kemp ortadan kaldırmak için bir enzimi kullandılar - doğada bulunan bir reaksiyon değil.

Bir başka sınır, çok katmanlı ve atıkların yapımıdır, örneğin, birkaç enzimin tek bir reaksiyon gemisinde sıralandığı, mimikking metabolik yol yol yollarından basit bir öncüden elde edilmesi, büyük miktarda atık yaratan kimyasal senteze dönüştürülmesini sağlar. Örneğin, sentetik biyolojinin üretimine yol açan bir neden, beşik hidrokodone'yu tek bir adımda basit bir öncüden üretmek için geliştirilmişti.

C ⁇ Enzyme Engineering

Makine öğrenmesi ve yapay zeka biyocatalyst gelişimi için vazgeçilmez hale geliyor. milyonlarca değişkeni deneysel olarak taramak yerine, bir AI kılavuz yaklaşımının aktiviteyi, istikrarı veya seçimlerini artıracağını tahmin edebilir. Protein dili modelleri, bilinen dizilerin büyük veritabanlarında eğitilmiştir, önemli ölçüde doğrulanmış değişiklikler önerebilir.Bu araçlar dramatik bir şekilde enzim gelişimine mal oldu.

Endüstride Uygulamaları

Yukarıda açıklanan yenilikler, akademik laboratuvarlardan ticari reaktörlere taşındı, birden çok sektöre yeşil üretim imkanı sağladı.

Biyo yakıtlar ve Yenilenebilir Kimyasal Kimyasallar

Hücresel tanol üretimi - hem yüksek derecede aktif hem de endüstriyel koşullar altında üretilen hücrelere bağlı olarak, vitreusların şeker yüklemelerine izin veren enzimler üzerinde kesintiye uğratmaktadır.The production of cellulosic eh-derived replicas and woody biomass - are both its cost of biomassiyalizations conversion.The latest cellulas can get% 80 at enzim yüklemeleri. Companies like Novozymes and DuPont (şimdi Dow) tanolsundaki tanolsundaki tanolsundaki ehyomların maliyetine kadar, diğer biyomalzemelere göre daha fazla şekerleme yapılır.

İlaç ilaçları

Biyokataliz modern farmasötik sentez temelleri haline geldi. Merck ve Kodxis dahil birçok blokbuster ilacı, yüksek basınçlı hidrojen (atorvastatin) ve HIV ilacı enzymatik adımlarla iki katına çıktı.

Plastik geri dönüşüm

Belki de en heyecan verici uygulamalardan biri plastiklerin enzim geri dönüşümüdir. PETase, bakteride keşfedilen bir enzim:0)Ideonella sakaiensis[Dönetici:1) Bu, Portsmouth Üniversitesi'nde tekrarlanan ve Carbios'un gerçek bir organik atık işlemesi için özelleştirilmiş olan MHETase'in özelleştirilmesiyle birlikte, özelleştirilmiş bir şekilde tekrarlanan polinografiye sahip olması için yeniden formüle edilmiş bir "sürekli" dönüştürülebilir.

Güzel Kimyasallar ve Agrokimyalar

Enzymes, lezzetli yemekler üretmek için giderek daha fazla kullanılır ve agrokimyasal ortalar. Lipases, tatlandırıcılar ve emollientler olarak hizmet eden, yüksek sıcaklıklara ihtiyaç duyan kimyasal katalizörler yerine getirmek ve metalik kalıntıları bırakmak için kullanılır.Insiyah bir ilaç rifozate oxidoreducts (GOX) Bu tür kimyasal etkileri nasıl azaltılabilir ve kimyasal etkileri ortadan kaldırmak için süreci terk etmek için.

Yiyecek, İçecek ve Deterjans

Bu endüstriler her zaman “kimyasal üretim” olarak düşünülmese de, büyük ölçekli malzemeler ve temizlik ajanlarına güveniyorlar. Enzymes bu sektörlerde on yıllardır kullanılmış, ancak son yenilikler performans ve sürdürülebilirlik geliştiriyor. Örneğin, amylazlar ve proleksiyonlar ve proleksiyonlar, biralar ve daha düşük sıcaklıklarda aktif hale getirmek için şimdi mühendisi, enerji tasarrufu sağlar.

Meydanlar ve Fırsatlar

Etkileyici ilerlemeye rağmen, önemli engeller biyolojik üretim için varsayılan seçim haline gelir. Enzyme stabilitesi endüstriyel koşullar altında - yüksek substrat konsantrasyonu, aşırı pH ve yüksek sıcaklıklar - hala ucuz yemleme (örneğin, düşük geri dönüşümler için daha fazla optimizasyona ihtiyaç duyar) daha düşük maliyetle karşılanır: Bu ürünlerin verimsizleştirilmesi ve saflaştırılması ile enzimler için çok pahalı olabilir, yüksek çözünürlükte ilerlemeler ve yüksek çözünürlükte ilerlemeler.

Heterojen sistemlerde enzim kinetiği ve kitlesel transferleri anlamak (örneğin, enzimler hareketsiz) ölçeklendirmek için kritiktir. Birçok endüstriyel süreç, genetik olarak üretilen enzimler için yüksek seslenici oranları veya yüksek substrat vizektomi gerektirir, bu da enzimlere veya limitli erişim için olumludur.

Bununla birlikte, 2050 yılına kadar net-zero emisyonlarının etkisi, AB'nin Biyo bazlı Endüstriler Ortak Takdir, gösteri projelerini desteklerken, Avrupa'nın biyo-taptörlüklerini tamamen yeni reaksiyon yollarının güçlendirilmesini sağlayabilir.

Future Perspektifleri

Yeşil kimyasal üretimdeki biyokimyasal katalizörlerin geleceği parlak, önümüzdeki on yıl boyunca özelleştirilmiş endüstriyel reaksiyonlar için özelleştirilmiş eğilimlerle, yapay zeka ve hesaplama tasarımın enzim keşiflerini ve optimizasyonu hızlandırmaya devam edeceğine dair birkaç trendle, AlfaFold2, protein dil modelleri ve otomatik tasarım-build-test-öğrenme döngüsü, enzimlerin özel endüstriyel reaksiyonlar için hızlı bir şekilde yaratılmasını sağlayacaktır.

İkincisi, dairesel ekonominin kavramı, poliolefinler için plastik-eating enzimler (pirasyonel) ve son derece karmaşık atıklar dahil olmak üzere, karbon-karbon bağlarını bozmak için söz verir. Üçüncü olarak, 3D biyoprinting (projeksiyon) mikropiyonlar ve peroxidas ile son gelişmelerin (projeksiyonlar ve peroxidaslar ile) mikro-karbon bağlarının entegrasyonu, ortaya çıkan teknolojilere yönelik olarak, mikro-fikreasyonlar ve son dereceler (projektifler) mikropler ve son gelişmelerin (projektifler için) olanak sağlar.

Son olarak, merkezileştirilmiş kimyasal bitkiler için merkezileştirilmiş üretim ve biyomanufacturing hubs'a doğru geçiş, istikrarlı ve rafa hazır enzim formülasyonları tarafından etkinleştirilen, özellikle de sorumlu tüketim ve üretim, iklim eylemi ve temiz sulara yönelik olarak bir araya gelen bu uyum.

Laboratuvar merakından endüstriyel işhorsuna yolculuk olağanüstü olmuştur. Enzymes kendilerini çok yönlü, verimli ve çevresel benign katalizörler olarak kanıtlamıştır. Kimyasal endüstri henüz tahmin edemeyeceğimiz alanlardan gelecek ve kimyasal üretim geleceği, burada tartışılan yenilikler, sadece yeşil değil – bir sonraki ilerleme dalgası muhtemelen daha kârlı olacaktır.