Предыдущие попытки объединить биокатализ и химический катализ для производства биовозобновляемых химикатов привели к низким показателям конверсии. Обычно это происходит потому, что биологические процессы оставляют остаточные примеси, которые снижают эффективность химических катализаторов.Успешный процесс гибридного преобразования инженеров описан в Интернете и в титульном документе журнала Angewandte Chemie International Edition от 12 февраля.
«Идеальные трубопроводы биоочистки, от биомассы до конечных продуктов, в настоящее время нарушены разрывом между биологической конверсией и химической диверсификацией. В настоящем документе мы сообщаем о стратегии преодоления этого разрыва с помощью гибридного брожения и электрокаталитического процесса», — писали ведущие авторы Зенги Шао и Жан-Филипп Тессонье, доценты кафедры химической и биологической инженерии штата Айова, которые также связаны с Инженерным исследовательским центром биовозобновляемых химикатов (CBiRC) Национального научного фонда, базирующимся в штате Айова.
Процесс, описанный инженерами, «открывает двери для производства широкого спектра соединений, недоступных для нефтехимической промышленности», — сказал Шао.По словам Тессонье, научного сотрудника факультета Кэрол и Джека Джонсонов, а также младшего научного сотрудника лаборатории Эймса Министерства энергетики США, в дальнейшем инженеры будут работать над расширением своей технологии путем разработки непрерывного процесса преобразования.Исследования инженеров были поддержаны CBiRC, Национальным научным фондом, Институтом растениеводства штата Айова и лабораторией Эймса.
Вот как работает их технология:Исследовательская группа Шао создала генетически модифицированные дрожжи — «микробную фабрику», — сказала она, — которые сбраживают глюкозу в муконовую кислоту. Применяя стратегии метаболической инженерии, группа также значительно увеличила выход кислоты. Затем, без какой-либо очистки, группа Тессонье ввела в смесь металлический катализатор — свинец и приложила небольшое напряжение для преобразования кислоты.
В результате реакции к смеси добавляется водород и образуется 3-гексендиовая кислота.После простого разделения и полимеризации инженеры создали ненасыщенный нейлон-6,6 на биооснове, преимуществом которого является дополнительная двойная связь в его основной цепи, которую можно использовать для изменения свойств полимера.Инженеры говорят, что гибридная технология конверсии дает много преимуществ: реакция протекает при комнатной температуре, в ней используется дешевый и доступный металл вместо драгоценных элементов, таких как палладий или платина, а другие соединения, участвующие в реакции, производятся из воды.
«Мы попробовали, и он сразу сработал», — сказал Тессонье. «Процесс не требует дополнительных химических добавок, и он прекрасно работает при температуре и давлении окружающей среды, что очень редко для этого типа процесса».Шао и Тессонье начали говорить о совместной работе во время совместного использования автомобилей после исследовательской встречи в двух часах езды от кампуса.Их сотрудничество иллюстрирует путь CBiRC — объединение инструментов биологов и химиков для разработки гибридных технологий, которые производят новые биовозобновляемые химические вещества.
И теперь результат сотрудничества — и основное видение CBiRC — приводит к открытиям и резонансным исследовательским работам.«CBiRC зарождает эти новые идеи и концепции», — сказал Тессонье. «Все дело в интеграции».
Шао согласился, сказав: «CBiRC обеспечивает благоприятную среду для мозгового штурма, что можно сделать с опытом, которым владеют две группы экспертов, которые проходят обучение по очень разным направлениям. Это видение совместной работы в этих областях будет развиваться.
Студенты, получившие такое образование. Междисциплинарные исследовательские проекты определенно будут выделяться более широким видением отрасли биовозобновляемой энергии ».