إعادة تدوير البلاستيك الأنزيمي المعزز بالموجات فوق الصوتية
البولي إيثيلين تيريفثاليت (PET) هو مصدر نفايات ضخم يأتي في الغالب من زجاجات المياه والمشروبات المستعملة. حتى وقت قريب ، أدت إعادة تدوير PET إلى مواد بلاستيكية منخفضة الجودة. يعد إنزيم متحور جديد بتحلل PET إلى مادة خام نقية ، والتي يمكن استخدامها في المواد البلاستيكية الجديدة عالية الجودة. تظهر الإنزيمات التي يتم الترويج لها بالموجات فوق الصوتية كفاءة أعلى ، مما يسرع من إعادة التدوير الأنزيمي للبلاستيك ويزيد من قدرات العملية.
الموجات فوق الصوتية لإعادة تدوير البلاستيك الأنزيمي
ومن المعروف جيدا كثافة عالية، الموجات فوق الصوتية منخفضة التردد لآثاره على التفاعلات الأنزيمية. يمكن استخدام Sonication لكل من تنشيط وتعطيل الإنزيمات. صوتنة تسيطر عليها في السعات المنخفضة إلى المتوسطة ينشط الإنزيمات ويعزز نقل الكتلة بين الإنزيمات والركيزة ، مما يؤدي إلى زيادة النشاط التحفيزي للإنزيمات.
Sonication يغير خصائص الإنزيم وبالتالي تعزيز نشاط الإنزيم. المعالجة المسبقة للركيزة بالموجات فوق الصوتية تسرع التفاعلات الأنزيمية.
عزز الخلط بالموجات فوق الصوتية نقل الكتلة بين الإنزيمات والركيزة البلاستيكية ، بحيث يمكن للإنزيم اختراق وتحلل ذوبان PET شديد البلورية. كتقنية موفرة للطاقة وسهلة التشغيل ، تساعد صوتنة على إعادة تدوير PET بشكل فعال من حيث التكلفة وصديق للبيئة.
نظام سونيكاتور لتكثيف التفاعلات الأنزيمية
التشتت بالموجات فوق الصوتية للإنزيم والركيزة
تشتهر القص والاضطرابات الدقيقة المولدة بالموجات فوق الصوتية بكفاءتها العالية عندما يتعلق الأمر بتشتيت التطبيقات. يعمل التشتت المستحث بالموجات فوق الصوتية لمجاميع الإنزيم وكذلك تكتلات الركيزة على تحسين النشاط التحفيزي الأنزيمي لأن انهيار المجاميع والتكتلات الجزيئية يزيد من مساحة السطح النشطة بين الإنزيمات والركيزة للتفاعل.
تعزيز بالموجات فوق الصوتية إنزيم cutinase
أظهر Sonication نتائج جيدة في تنشيط Thc_Cut1 إنزيم utinase فيما يتعلق بنشاط التحلل المائي PET. أدى التدهور الأنزيمي المعزز بالموجات فوق الصوتية ل PET إلى زيادة 6.6 أضعاف في منتجات التحلل المنبعثة مقارنة ب PET غير المعالج. أدت زيادة النسبة البلورية (28٪) في مسحوق وأفلام PET إلى انخفاض إنتاجية التحلل المائي ، والتي يمكن أن تكون مرتبطة بانخفاض توافر السطح. (راجع نيكولايفيتس وآخرون 2018)
- يعزز نشاط الانزيم
- يسرع تفاعلات الإنزيم
- يؤدي إلى ردود فعل أكثر اكتمالا
حول إعادة تدوير البلاستيك الأنزيمي
يحدث إنزيم التحلل المائي لسماد فرع أوراق الشجر (LLC) في الطبيعة ويقطع الروابط بين اللبنتين الأساسيتين للبولي إيثيلين تيريفثاليت (PET) وتيريفثاليت وجلايكول الإيثيلين. ومع ذلك ، فإن الفعالية الكلية للإنزيم وحساسيته للحرارة هي عوامل تحد من التفاعل ، مما يقلل من كفاءة العملية بشكل كبير. يبدأ إنزيم سماد الكوتيناز بفرع الأوراق في التحلل عند 65 درجة مئوية ، بينما تتطلب عمليات تحلل PET درجات حرارة تبلغ 72 درجة مئوية أو أعلى ، وهي درجة الحرارة التي يبدأ عندها PET في الذوبان. يعد PET المنصهر عامل عملية مهما لأن الذوبان يوفر مساحة سطح أعلى حيث يمكن للإنزيم العمل عليها.
أعاد الباحثون هندسة إنزيم كوتيناز العضوي الطبيعي لفرع الأوراق وغيروا الأحماض الأمينية في مواقع ارتباطه. نتج عن ذلك إنزيم متحور يظهر نشاطا متزايدا بمقدار 10000 مرة في كسر روابط PET (مقارنة بإنزيم LLC الأصلي) واستقرار حراري محسن بشكل ملحوظ. هذا يعني أن الإنزيم الطافر الجديد لا يتحلل عند 72 درجة مئوية ، وهي درجة الحرارة التي يبدأ عندها PET في الذوبان.
التشتت بالموجات فوق الصوتية والتنشيط السطحي يعزز التفاعل الحفاز المدفوع إنزيميا. يمكن ضبط معلمات صوتنة محددة مثل السعة بالموجات فوق الصوتية والوقت ودرجة الحرارة والضغط بالضبط على نوع الإنزيم لزيادة نشاطه الحفاز. تعتمد معلمات المعالجة بالموجات فوق الصوتية وتأثيراتها على الإنزيمات على نوع الإنزيم المحدد وتكوينه من الأحماض الأمينية والبنية المطابقة. وبالتالي ، فإن كل نوع من أنواع الإنزيم له ظروف عملية مثالية يتم بموجبها تحقيق التنشيط الأمثل للإنزيم.
- زيادة النقل الجماعي
- زيادة معدل ثابت
- زيادة الكفاءة التحفيزية
- يمكن التحكم فيه بدقة لتلبية البقعة الحلوة للإنزيمات
- اختبار خال من المخاطر
- خطيا قابلة للتطوير
- فعالة من حيث التكلفة
- آمنة وسهلة التشغيل
- صيانة منخفضة
- عائد استثمار سريع
- صديقة للبيئة
خزان مع الموجات فوق الصوتية 8kW (4x UIP2000hdT) والمحرض
معالجات بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء للتفاعلات الأنزيمية
Hielscher Ultrasonics هو خبرة طويلة في تصميم وتصنيع وتوزيع الموجات فوق الصوتية عالية الأداء لتطبيقات الطاقة في المختبر والصناعة. معرفتنا وخبرتنا في المعالجة بالموجات فوق الصوتية المتطورة هي جزء من العرض الذي نقدمه لعملائنا.
نحن نوجه عملائنا من الاستشارة الأولى حول اختبار الجدوى وتحسين العملية إلى التثبيت والتشغيل النهائي لنظام الموجات فوق الصوتية الخاص بك.
تسمح أجهزتنا فوق الصوتية التي يمكن التحكم فيها بدقة بالتأثير على نشاط الإنزيم والحركية والخصائص الديناميكية الحرارية بالإضافة إلى درجة حرارة المعالجة.
تغطي مجموعتنا من المعالجات بالموجات فوق الصوتية القوية والموثوقة النطاق الكامل من جهاز المختبر المحمول باليد إلى المعالجات فوق الطاولة والصناعية بالكامل. من 200 واط إلى أعلى ، تم تجهيز جميع أجهزة الموجات فوق الصوتية بشاشة رقمية تعمل باللمس ، وبرامج ذكية ، والتحكم في المتصفح عن بعد ، وبروتوكول البيانات التلقائي على بطاقة SD مدمجة. يسمح وضع دورة الصوتنة القابل للتعديل بشكل فردي (وضع النبض) بضبط والتحكم في التعرض للإنزيم (فترات الوقت والراحة) للعلاج بالموجات فوق الصوتية. متانة معدات الموجات فوق الصوتية Hielscher يسمح لعملية 24/7 في الخدمة الشاقة وفي البيئات الصعبة.
يمنحك الجدول أدناه مؤشرا على قدرة المعالجة التقريبية لأجهزة الموجات فوق الصوتية لدينا:
| حجم الدفعة | معدل التدفق | الأجهزة الموصى بها |
|---|---|---|
| 1 إلى 500 مل | 10 إلى 200 مل / دقيقة | UP100H |
| 10 إلى 2000 مل | 20 إلى 400 مل / دقيقة | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 إلى 20 لتر | 0.2 إلى 4 لتر / دقيقة | UIP2000hdT |
| 10 إلى 100 لتر | 2 إلى 10 لتر / دقيقة | UIP4000hdT |
| ن.أ. | 10 إلى 100 لتر / دقيقة | UIP16000 |
| ن.أ. | أكبر | مجموعة من UIP16000 |
اتصل بنا! / اسألنا!
الأدب / المراجع
- V. Tournier, C. M. Topham, A. Gilles, B. David, C. Folgoas, E. Moya-Leclair, E. Kamionka, M.-L. Desrousseaux, H. Texier, S. Gavalda, M. Cot, E. Guémard, M. Dalibey, J. Nomme, G. Cioci, S. Barbe, M. Chateau, I. André, S. Duquesne, A. Marty (2020): An engineered PET depolymerase to break down and recycle plastic bottles. Nature 580(7802): 216-219.
- Efstratios Nikolaivits, Maria Kanelli, Maria Dimarogona, Evangelos Topakas (2018): A Middle-Aged Enzyme Still in Its Prime: Recent Advances in the Field of Cutinases. Catalysts 2018, 8, 612.
- Pellis, A.; Gamerith, C.; Ghazaryan, G.; Ortner, A.; Herrero Acero, E.; Guebitz, G.M. (2016): Ultrasound-enhanced enzymatic hydrolysis of poly(ethylene terephthalate). Bioresour. Technol. 218, 2016. 1298–1302.
- Meliza Lindsay Rojas; Júlia Hellmeister Trevilin; Pedro Esteves Duarte Augusto (2016): The ultrasound technology for modifying enzyme activity. Scientia Agropecuaria 7 /2, 2016. 145–150.
- Shamraja S. Nadar; Virendra K. Rathod (2017): Ultrasound assisted intensification of enzyme activity and its properties: a mini-review. World J Microbiol Biotechnol 2017, 33:170.
حقائق تستحق المعرفة
قوى التجويف الصوتي
الموجات فوق الصوتية منخفضة التردد وعالية الكثافة (حوالي 20 – 50 كيلو هرتز) يسبب التجويف الصوتي / بالموجات فوق الصوتية التي تنتج تأثيرات فيزيائية وميكانيكية وكيميائية. يمكن ملاحظة آثار التجويف الصوتي على أنها تكوين ونمو وانهيار عنيف لاحق لفقاعات الفراغ الدقيقة ، والتي تحدث بسبب تقلبات ضغط الموجات فوق الصوتية المقترنة بالسائل. أثناء انفجار فقاعات التجويف ، تحدث ما يسمى بالنقاط الساخنة ، والتي تقتصر على مساحة صغيرة ومدة قصيرة. تتميز تلك النقاط الساخنة التي تحدث محليا بتسخين شديد لا يقل عن 5000 كلفن ، وضغوط تصل إلى 1200 بار ، وفروق درجات الحرارة والضغط المرتفعة التي تحدث في غضون أجزاء من الثانية. يتم تسريع قطرات وجزيئات السائل إلى نفاثات سائلة بسرعات تصل إلى 208 م / ث.
تعتمد المعالجة بالموجات فوق الصوتية للإنزيمات على التجويف الصوتي وقوى القص الهيدروديناميكية