Ultraheli edendatud ensümaatiline plasti ringlussevõtt
Polüetüleentereftalaat (PET) on tohutu jäätmeallikas, mis pärineb peamiselt kasutatud vee- ja joogipudelitest. Kuni viimase ajani oli PET ringlussevõtu tulemuseks madala kvaliteediga plast. Uus mutantne ensüüm lubab PET-i lagunemist põliseks tooraineks, mida saab kasutada uute kvaliteetsete plastide valmistamiseks. Ultraheli edendatud ensüümid näitavad suuremat efektiivsust, kiirendades plastide ensümaatilist ringlussevõttu ja suurendades protsessivõimsust.
Ultraheli ensümaatilise plasti ringlussevõtuks
Kõrge intensiivsusega, madala sagedusega ultraheli on hästi tuntud oma mõju kohta ensümaatilistele reaktsioonidele. Sonikatsiooni saab kasutada nii ensüümide aktiveerimiseks kui ka inaktiveerimiseks. Kontrollitud ultrahelitöötlus madala kuni keskmise amplituudiga aktiveerib ensüüme ja soodustab massiülekannet ensüümide ja substraadi vahel, mille tulemuseks on ensüümide katalüütilise aktiivsuse suurenemine.
Sonikatsioon muudab ensüümi omadusi, soodustades seeläbi ensüümi aktiivsust. Ultraheli substraadi eeltöötlus kiirendab ensümaatilisi reaktsioone.
Ultraheli segamine soodustas massiülekannet ensüümide ja plastsubstraadi vahel, nii et ensüüm võib tungida ja lagundada väga kristalse PET sulamist. Energiatõhusa ja kergesti kasutatava tehnoloogiana aitab ultrahelitöötlus PET-i kulutõhusalt ja keskkonnasõbralikult ringlusse võtta.
Ensüümi ja substraadi ultraheli dispersioon
Ultraheli genereeritud nihke- ja mikroturbulentsid on hästi tuntud oma kõrge efektiivsuse poolest rakenduste hajutamisel. Ensüümide agregaatide ja substraadi aglomeraatide ultraheli indutseeritud dispersioon parandab ensümaatilist katalüütilist aktiivsust, kuna molekulaarsete agregaatide ja aglomeraatide lagunemine suurendab ensüümide ja substraadi vahelist aktiivset pinda reaktsiooniks.
Ultraheli edendatud Cutinase ensüüm
Sonikatsioon on näidanud häid tulemusi ensüümi utinaasi Thc_Cut1 aktiveerimisel seoses selle PET-hüdrolüüsi aktiivsusega. PET-i ultraheliga tõhustatud ensümaatiline lagunemine tõi kaasa vabanenud lagunemisproduktide 6,6-kordse suurenemise võrreldes töötlemata PET-ga. Kristallilise protsendi (28%) suurenemine PET-pulbris ja kiledes tõi kaasa madalama hüdrolüüsi saagise, mis võib olla seotud madalama pinnaavalusega. (vrd Nikolaivits et al. 2018)
- suurendab ensüümi aktiivsust
- kiirendab ensüümide reaktsioone
- tulemuseks on täielikumad reaktsioonid
Ensümaatilise plasti ringlussevõtu kohta
Hüdrolüüsiensüüm leheharu komposti cutinase (LLC) esineb looduses ja lõikab sidemed polüetüleentereftalaadi (PET), tereftalaadi ja etüleenglükooli kahe ehitusploki vahel. Kuid ensüümi üldine efektiivsus ja selle soojustundlikkus on reaktsiooni piiravad tegurid, mis vähendavad oluliselt protsessi efektiivsust. Leheharu komposti cutinase ensüüm hakkab lagunema temperatuuril 65 °C, samas kui PET lagunemisprotsessid nõuavad temperatuuri 72 °C või kõrgemat temperatuuri, mille juures PET hakkab sulama. Sulanud PET on oluline protsessifaktor, kuna sulatus pakub suuremat pinda, kus ensüüm saab töötada.
Uurijad on looduslikult esineva leheharu komposti cutinase ensüümi ümber kujundanud ja muutnud aminohappeid selle sidumiskohtades. Selle tulemuseks oli mutantne ensüüm, mis näitab 10,000 10,000 korda suurenenud aktiivsust PET-sidemete purustamisel (võrreldes natiivse LLC ensüümiga) ja oluliselt paranenud soojuse stabiilsust. See tähendab, et uus mutantne ensüüm ei lagune temperatuuril 72 °C, mille juures PET hakkab sulama.
Ultraheli hajutamine ja pinna aktiveerimine soodustab ensümaatiliselt juhitud katalüütilist reaktsiooni. Spetsiifilisi ultrahelitöötluse parameetreid, nagu ultraheli amplituud, aeg, temperatuur ja rõhk, saab täpselt häälestada ensüümi tüübile, et suurendada selle katalüütilist aktiivsust. Ultraheli töötlemise parameetrid ja nende mõju ensüümidele sõltuvad konkreetsest ensüümi tüübist, selle aminohapete koostisest ja konformatsioonilisest struktuurist. Seega on igal ensüümitüübil optimaalsed protsessitingimused, mille korral saavutatakse optimaalne ensüümi aktiveerimine.
- Suurenenud massiülekanne
- Suurendas kiiruskonstanti
- Suurenenud katalüütiline efektiivsus
- Täpselt kontrollitav, et vastata ensüümide magusale kohale
- Riskivaba testimine
- Lineaarselt skaleeritav
- Kulutõhus
- ohutu ja lihtne kasutada
- madal hooldus
- Kiire ROI
- keskkonnasõbralik

Paak 8kW ultrasonikaatoritega (4x UIP2000hdT) ja segisti
Suure jõudlusega ultraheli protsessorid ensümaatiliste reaktsioonide jaoks
Hielscher Ultrasonics on pikaajaline kogemus suure jõudlusega ultrasonikaatorite projekteerimisel, tootmisel ja levitamisel võimsusrakenduste jaoks laboris ja tööstuses. Meie teadmised ja kogemused keeruka ultraheli töötlemise kohta on osa pakkumisest, mida pakume oma klientidele.
Me juhendame oma kliente esimesest konsultatsioonist teostatavuse testimise ja protsessi optimeerimise kohta kuni ultraheli süsteemi lõpliku paigaldamise ja kasutamiseni.
Meie täpselt kontrollitavad ultraheli seadmed võimaldavad mõjutada ensüümide aktiivsust, kineetikat, termodünaamilisi omadusi ja töötlemistemperatuuri.
Meie võimsate ja usaldusväärsete ultraheli protsessorite portfell hõlmab kogu valikut kompaktsest käeshoitavast laboriseadmest kuni pink-top ja täielikult tööstuslike protsessoriteni. Alates 200 vattist ülespoole on kõik ultraheli seadmed varustatud digitaalse puutetundliku ekraaniga, intelligentse tarkvaraga, brauseri kaugjuhtimisega ja automaatse andmeprotokollimisega integreeritud SD-kaardil. Individuaalselt reguleeritav ultrahelitöötlustsükli režiim (pulsirežiim) võimaldab seadistada ja kontrollida ensüümi kokkupuudet (aeg ja puhkeajad) ultraheliravile. Hielscheri ultraheli seadmete töökindlus võimaldab 24/7 operatsiooni raskeveokite ja nõudlikes keskkondades.
Allolev tabel annab teile ülevaate meie ultrasonikaatorite ligikaudsest töötlemisvõimsusest:
Partii maht | Voolukiirus | Soovitatavad seadmed |
---|---|---|
1 kuni 500 ml | 10 kuni 200 ml / min | UP100H |
10 kuni 2000 ml | 20 kuni 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
0.1 kuni 20L | 0.2 kuni 4L / min | UIP2000hdT |
10 kuni 100L | 2 kuni 10L/min | UIP4000hdT |
mujal liigitamata | 10 kuni 100 L / min | UIP16000 |
mujal liigitamata | Suurem | klaster UIP16000 |
Võta meiega ühendust! / Küsi meilt!
Kirjandus / Viited
- 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.
Faktid, mida tasub teada
Akustilised kavitatsioonijõud
Madala sagedusega, suure intensiivsusega ultraheli (umbes 20 – 50kHz) põhjustab akustilist / ultraheli kavitatsiooni, mis tekitab füüsikalisi, mehaanilisi ja keemilisi mõjusid. Akustilise kavitatsiooni mõju võib täheldada minutiliste vaakummullide moodustumise, kasvu ja sellele järgneva vägivaldse kokkuvarisemisena, mis tekivad vedelikuga ühendatud ultraheli lainete rõhu kõikumiste tõttu. Kavitatsioonimullide implosiooni ajal tekivad nn kuumad kohad, mis piirduvad väikese ruumi ja lühikese kestusega. Neid lokaalseid kuumi kohti iseloomustab intensiivne kuumutamine vähemalt 5000 K, rõhud kuni 1200 baari ning kõrged temperatuuri ja rõhu erinevused, mis esinevad millisekundite jooksul. Vedeliku tilgad ja osakesed kiirendatakse vedelikujoadeks kiirusega kuni 208m/s.