Usprawnienie bioprzetwarzania dzięki mikrofluidyce
Technologie oparte na mikroreaktorach mające na celu intensyfikację procesów usprawniają mieszanie i zapewniają lepsze możliwości ogrzewania w bardzo małych przestrzeniach (często mniej niż milimetr objętości). Oznacza to znakomitą kontrolę i wyższe zyski przy mniejszym zużyciu energii. Ponadto technologie te umożliwiają stosowanie procesów ciągłych zamiast standardowego trybu przetwarzania wsadowego, co zapewnia jeszcze większą wydajność przy mniejszej liczbie przestojów i wymaganych kalibracji sprzętu. Doskonale nadają się również do stosowania w reakcjach przesiewowych na małą skalę. Mikrofluidyczne reaktory enzymatyczne są doskonałą platformą do intensyfikacji procesów biokatalitycznych, w których katalizatory natury (enzymy) są wykorzystywane do produkcji specjalistycznych chemikaliów o wysokiej wartości. Finansowany ze środków UE projekt BIOINTENSE (Mastering bioprocess integration and intensification across scales) rozpoczęto w celu zwiększenia wydajności biokatalizator i intensywności procesu. Dzięki zoptymalizowanym narzędziom i protokołom, które są powszechnie stosowane w przemyśle, zespół umożliwi zastosowanie wydajnych kosztowo procedur i skrócenie czasu produkcji. Ponieważ wykorzystanie mikrosystemów jest na dość wczesnym etapie, naukowcy planują znacznie poszerzyć podstawową wiedzą na temat zależności pomiędzy cechami reakcji i biokatalizatorów i procesów. Zespół postanowił rozwijać technologię w kontekście syntezy chiralnych amin opartej na aminotransferazie, czyli reakcji o zasadniczym znaczeniu dla przemysłu farmaceutycznego i innych działów przemysłu chemicznego o dużej wartości. Naukowcy badali system modelowy przy użyciu różnych kombinacji substratów i produktów w celu odkrywania różnych strategii do pokonania obecnych przeszkód. Naukowcy ustalili granice działania procesu. Układy mikrofluidyczne są obecnie optymalizowane, ale reakcje zostały już pomyślnie przeprowadzone w wersjach wstępnych. Równolegle opracowywane są systemy pomiarowe. Ponadto pomyślnie zastosowano innowacyjne sondy tlenowe do monitorowania procesów. Modele kinetyczne będą stosowane bardziej rygorystycznie do oceny przełomowych układów mikrofluidycznych bioreaktora. Badacze z zespołu BIOINTENSE rozpowszechniają na nowo organizowanych konferencjach informacje o zaletach korzystania z mikrosystemów w celu zwiększenia intensywności procesów biologicznych. Obejmują one 1. międzynarodowe sympozjum poświęcone biokatalizie aminotransferaz oraz 2. międzynarodową konferencję dotyczącą wdrożenia technologii opartej na mikroreaktorach w biotechnologii — IMTB 2013. Naukowcy opracują innowacyjną platformę do testowania nowych reakcji aminotransferaz i ich biokatalizatorów w formacie modułowej mikrofluidyki. Oczekuje się, że powiązane oprogramowanie i sprzęt komputerowy wraz z wytycznymi dotyczącymi funkcjonowania znajdą szerokie zastosowanie branży chemicznej.
Słowa kluczowe
Mikroreaktor, intensyfikacja procesu, proces biologiczny, biokatalizator, reakcje aminotransferaz
