מיחזור פלסטיק אנזימטי מקודם באולטרסאונד
פוליאתילן טרפתאלט (PET) הוא מקור פסולת עצום המגיע בעיקר מבקבוקי מים ומשקאות משומשים. עד לאחרונה, מיחזור PET הביא לפלסטיק באיכות נמוכה. אנזים מוטנטי חדש מבטיח את פירוק ה-PET לחומר גלם טהור, שניתן להשתמש בו לייצור פלסטיק חדש באיכות גבוהה. אנזימים המקודמים באולטרסאונד מראים יעילות גבוהה יותר, מאיצים את המיחזור האנזימטי של פלסטיק ומגדילים את יכולות התהליך.
אולטרה-סוניקציה למיחזור פלסטיק אנזימטי
אולטרסוניקציה בעוצמה גבוהה, בתדר נמוך ידועה בהשפעותיה על תגובות אנזימטיות. סוניקציה יכולה לשמש עבור שניהם, הפעלה ו inactivation של אנזימים. סוניקציה מבוקרת באמפליטודות נמוכות עד בינוניות מפעילה אנזימים ומקדמת את מעבר המסה בין אנזימים לסובסטרט, מה שמביא לפעילות קטליטית מוגברת של אנזימים.
סוניקציה משנה את מאפייני האנזים ובכך מקדמת את פעילות האנזים. טיפול מקדים במצע אולטראסוני מאיץ תגובות אנזימטיות.
ערבוב על-קולי קידם את מעבר המסה בין אנזימים למצע פלסטי, כך שהאנזים יכול לחדור ולפרק את המסת ה-PET הגבישי ביותר. כטכנולוגיה חסכונית באנרגיה וקלה לתפעול, סוניקציה מסייעת למחזר PET בצורה חסכונית וידידותית לסביבה.
מערכת סוניקטור להגברת תגובות אנזימטיות
פיזור קולי של אנזים וסובסטרט
גזירה אולטרה-סאונד ומיקרו-מערבולות ידועות ביעילותן הגבוהה בכל הנוגע לפיזור יישומים. הפיזור המושרה באולטרסאונד של אגרגטים אנזימיים כמו גם של אגלומרטים של סובסטרט משפר את הפעילות הקטליטית האנזימטית, שכן פירוק של אגרגטים מולקולריים ואגלומרטים מגדיל את שטח הפנים הפעיל בין אנזימים למצע לתגובה.
אנזים קוטינאז מקודם באולטרסאונד
סוניקציה הראתה תוצאות טובות בהפעלת האנזים אוטינאז Thc_Cut1 ביחס לפעילות ההידרוליזה PET שלו. הפירוק האנזימטי המשופר באולטרסאונד של PET הביא לעלייה של פי 6.6 בתוצרי הפירוק ששוחררו בהשוואה ל-PET שלא טופל. עלייה באחוז הגבישי (28%) באבקות וביריעות PET הביאה לתפוקת הידרוליזה נמוכה יותר, מה שיכול להיות קשור לזמינות פני השטח הנמוכה יותר. (ראה: Nikolaivits et al. 2018)
- משפר את פעילות האנזים
- מאיץ תגובות אנזימים
- התוצאה היא תגובות מלאות יותר
אודות מיחזור פלסטיק אנזימטי
אנזים ההידרוליזה קומפוסט קוטינאז (LLC) מופיע בטבע ומנתק את הקשרים בין שתי אבני הבניין של פוליאתילן טרפתאלט (PET), טרפתאלט ואתילן גליקול. עם זאת, יעילותו הכוללת של האנזים ורגישותו לחום הם גורמים מגבילי תגובה, המפחיתים את יעילות התהליך באופן משמעותי. אנזים הקומפוסט קוטינאז של ענף העלים מתחיל להתפרק ב-65 מעלות צלזיוס, בעוד שתהליכי פירוק PET דורשים טמפרטורות של 72 מעלות צלזיוס ומעלה, הטמפרטורה שבה ה-PET מתחיל להימס. PET מותך הוא גורם תהליך חשוב מכיוון שההמסה מציעה שטח פנים גבוה יותר שבו האנזים יכול לעבוד.
חוקרים הנדסו מחדש את האנזים הטבעי קומפוסט קוטינאז מענף עלים ושינו חומצות אמינו באתרי הקישור שלו. התוצאה הייתה אנזים מוטנטי שמראה פעילות מוגברת פי 10,000 בשבירת קשרי PET (בהשוואה לאנזים LLC המקומי) ושיפור משמעותי ביציבות החום. משמעות הדבר היא שהאנזים המוטנטי החדש אינו מתפרק ב-72 מעלות צלזיוס, הטמפרטורה שבה PET מתחיל להימס.
פיזור על-קולי והפעלת פני השטח מקדמים תגובה קטליטית מונעת אנזימטית. פרמטרים ספציפיים של סוניקציה כגון משרעת קולית, זמן, טמפרטורה ולחץ יכולים להיות מכווננים בדיוק לסוג האנזים כדי להגביר את הפעילות הקטליטית שלו. פרמטרי עיבוד אולטראסוניים והשפעתם על אנזימים תלויים בסוג האנזים הספציפי, בהרכב חומצות האמינו שלו ובמבנה הקונפורמציה. לפיכך, לכל סוג אנזים יש תנאי תהליך אופטימליים שבהם מושגת הפעלת אנזים אופטימלית.
- העברה המונית מוגברת
- הגדיל את קבוע הקצב
- יעילות קטליטית מוגברת
- ניתן לשליטה מדויקת כדי לפגוש את הנקודה המתוקה של האנזימים
- בדיקות ללא סיכון
- ניתן להרחבה ליניארית
- חסכונית
- בטוח ופשוט לתפעול
- תחזוקה נמוכה
- החזר השקעה מהיר
- ידידותי לסביבה
טנק עם אולטרסוניקטורים 8kW (4x UIP2000hdT) ומתסיס
מעבדים על-קוליים בעלי ביצועים גבוהים לתגובות אנזימטיות
Hielscher Ultrasonics הוא זמן רב מנוסה בתכנון, ייצור והפצה של ultrasonicators ביצועים גבוהים עבור יישומי כוח במעבדה ובתעשייה. הידע והניסיון שלנו בעיבוד קולי מתוחכם הוא חלק מההיצע שאנו מספקים ללקוחותינו.
אנו מלווים את לקוחותינו החל מייעוץ ראשוני לגבי בדיקת היתכנות ואופטימיזציה של תהליכים ועד ההתקנה הסופית והתפעול של המערכת האולטרסונית שלך.
המכשירים האולטרסוניים הניתנים לשליטה מדויקת שלנו מאפשרים להשפיע על פעילות האנזים, הקינטיקה, התכונות התרמודינמיות וכן על טמפרטורת העיבוד.
היצע המעבדים העל-קוליים העוצמתיים והאמינים שלנו מכסה את כל הטווח, החל מהתקן מעבדה ידני קומפקטי וכלה במעבדים שולחניים ותעשייתיים לחלוטין. מ 200 וואט ומעלה, כל המכשירים קוליים מצוידים בתצוגת מגע דיגיטלית, תוכנה חכמה, שליטה מרחוק בדפדפן ופרוטוקול נתונים אוטומטי על כרטיס SD משולב. מצב מחזור הסוניקציה המתכוונן בנפרד (מצב פולסים) מאפשר להגדיר ולשלוט בחשיפת האנזים (פרקי זמן ומנוחה) לטיפול האולטרסוני. החוסן של הציוד הקולי של Hielscher מאפשר פעולה 24/7 בחובה כבדה ובסביבות תובעניות.
הטבלה הבאה נותנת לך אינדיקציה ליכולת העיבוד המשוערת של האולטרסאונד שלנו:
| נפח אצווה | קצב זרימה | מכשירים מומלצים |
|---|---|---|
| 1 עד 500 מ"ל | 10 עד 200 מ"ל/דקה | UP100H |
| 10 עד 2000 מ"ל | 20 עד 400 מ"ל/דקה | UP200Ht, UP400ST |
| 00.1 עד 20 ליטר | 00.2 עד 4L/דקה | UIP2000hdT |
| 10 עד 100 ליטר | 2 עד 10 ליטר/דקה | UIP4000hdT |
| נ.א. | 10 עד 100 ליטר/דקה | UIP16000 |
| נ.א. | גדול | אשכול של UIP16000 |
צרו קשר! / שאל אותנו!
ספרות / מקורות
- 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.
עובדות שכדאי לדעת
כוחות קביטציה אקוסטיים
אולטרסוניקציה בתדר נמוך ובעוצמה גבוהה (כ-20 – 50kHz) גורם cavitation אקוסטי / קולי אשר מייצר השפעות פיזיות, מכניות וכימיות. ניתן לראות את ההשפעות של קוויטציה אקוסטית כהיווצרות, צמיחה וקריסה אלימה לאחר מכן של בועות ואקום דקות, המתרחשות עקב תנודות לחץ של גלי האולטרסאונד המצומדים לנוזל. במהלך קריסה של בועות cavitation, מה שנקרא נקודות חמות להתרחש, אשר מוגבלים שטח קטן משך קצר. נקודות חמות מקומיות אלה מאופיינות בחימום אינטנסיבי של לפחות 5000 K, לחצים של עד 1200 בר, והפרשי טמפרטורה ולחץ גבוהים המתרחשים תוך אלפיות השנייה. טיפות וחלקיקים של הנוזל מואצים לסילוני נוזל במהירות של עד 208m/s.
הטיפול האולטרסוני באנזימים מבוסס על קוויטציה אקוסטית וכוחות הגזירה ההידרודינמיים שלה