高度選擇性的吸附材料吸引了不良物質(zhì) 從而有利于生物制造

泡沫粗壯，面包豐盛，辛辣的奶酪;每一種生命，每一種都是自然產(chǎn)生的微生物創(chuàng)造的。它們被普遍定義為釀造，烘焙和干酪培養(yǎng)(好的，奶酪制作)，它們就是今天我們稱為生物制造的例子。

盡管您可能不會(huì)將此類工業(yè)術(shù)語與烹飪藝術(shù)聯(lián)系在一起，但是您可能會(huì)熟悉越來越多的產(chǎn)品中基于玉米的乙醇，抗生素和潤滑劑的生產(chǎn)過程。

這樣的過程可能很復(fù)雜且成本很高，而且在許多情況下，產(chǎn)量相對(duì)較低-太低而無法使產(chǎn)品具有商業(yè)可行性。但是，過去的成功繼續(xù)幫助該行業(yè)發(fā)展，推動(dòng)制造商和研究人員共同努力，為某些生物制造領(lǐng)域的更大問題找到獨(dú)特的解決方案。

一個(gè)恰當(dāng)?shù)睦樱好绹茉床?DOE)阿貢國家實(shí)驗(yàn)室兩個(gè)部門的研究人員聯(lián)手開發(fā)了一種名為EZ Select的高選擇性吸附材料，以解決生物產(chǎn)品提取效率低下的問題。該技術(shù)將實(shí)驗(yàn)室在生物科學(xué)方面的專業(yè)知識(shí)與制造知識(shí)相結(jié)合，證明了合作的力量。

Argonne生物科學(xué)部門的生物物理學(xué)家，該項(xiàng)目的首席研究員Phil Laible說：“挑戰(zhàn)在于生產(chǎn)具有相對(duì)較低成本和能源的純凈產(chǎn)品。” “ EZ Select是將產(chǎn)品與非常復(fù)雜的環(huán)境分離的一種非常有效的方法，因?yàn)槲ㄒ晃皆谄浔砻嫔系臇|西就是我們感興趣的產(chǎn)品。”

在生物產(chǎn)品制造中，選擇不同的微生物來創(chuàng)建特定的產(chǎn)品，每種產(chǎn)品都使用由營養(yǎng)物質(zhì)和鹽類組成的不同生長培養(yǎng)基溶液進(jìn)行生長。產(chǎn)生的“湯”不僅包括產(chǎn)品，還包括加工過程中的副產(chǎn)品，例如使產(chǎn)品難以提取的微粒和乳液。

由于生長培養(yǎng)基和湯的復(fù)雜性從生物制品變?yōu)樯镏破?，因此該團(tuán)隊(duì)需要生物科學(xué)家和應(yīng)用專家的專業(yè)知識(shí)來創(chuàng)建可以更改或“調(diào)整”以與不同化學(xué)物質(zhì)一起使用的材料。

該材料是干凝膠，一種高度多孔的納米結(jié)構(gòu)材料，其孔徑可以使用膠束或脂質(zhì)進(jìn)行修飾，從而在洗滌劑中產(chǎn)生活性的洗滌能力。Laible說，使用添加劑進(jìn)一步微調(diào)EZ Select的能力幾乎可以完全控制孔隙率。

“我們的調(diào)節(jié)能力意味著我們可以改變表面上的化學(xué)官能團(tuán)，以吸引特定種類的分子并排除其他分子，”阿貢應(yīng)用材料部門的應(yīng)用科學(xué)家和EZ Select團(tuán)隊(duì)成員埃德·巴里(Ed Barry)補(bǔ)充說。

在生物制造中使用EZ Select的另一個(gè)好處是，它對(duì)負(fù)責(zé)生產(chǎn)最終產(chǎn)品的生物體具有中性作用。在某些生物生產(chǎn)方案中，生物產(chǎn)品的濃度過高會(huì)減慢或停止發(fā)酵過程，從而導(dǎo)致產(chǎn)量降低。

“如果從葡萄酒生產(chǎn)的角度來考慮，例如當(dāng)達(dá)到一定濃度的酒精時(shí)，這種微生物(在這種情況下為酵母)就會(huì)停止將葡萄轉(zhuǎn)化為葡萄酒，”巴里解釋道。“因此，能夠使用諸如EZ Select之類的產(chǎn)品選擇性去除產(chǎn)品，從而不會(huì)壓制有機(jī)體的功能，從而使該過程得以繼續(xù)進(jìn)行，從而產(chǎn)生更高的酒精產(chǎn)量。”

看起來像一大卷浸濕的紙巾，EZ Select的吸附量是其質(zhì)量的八倍，可重復(fù)使用數(shù)十次。它的大小也可以滿足特定產(chǎn)品數(shù)量的吸附需求。大小僅為半加侖牛奶紙箱的一種凝膠可以在一百升的過程中多次重復(fù)使用。

“您可以用產(chǎn)品填充產(chǎn)品，然后只需簡單的壓縮就可以從材料中取出產(chǎn)品，然后將其直接返回到可重復(fù)使用的過程中。這就是產(chǎn)品的強(qiáng)大功能，” Laible說。EZ Select通過整合生產(chǎn)和分離流程來提高生產(chǎn)率和可持續(xù)性，從而增強(qiáng)了生物制造流程。

鑒于其在分子水平的可調(diào)節(jié)性，EZ Select的潛力是無限的。與吸引產(chǎn)品相反，它可以代替捕獲介質(zhì)并處理抑制微生物轉(zhuǎn)化的雜質(zhì)，從而使生物制造過程更有效。研究人員將其視為一種平臺(tái)技術(shù)，可以滿足許多不同應(yīng)用的需求。

巴里說：“能夠從相對(duì)復(fù)雜的混合物中吸收特定物質(zhì)的能力表明，它有很廣泛的用途，可以用作吸收劑。” “我認(rèn)為它的特殊性為EZ Select在重金屬修復(fù)和氣體捕獲應(yīng)用中打開了其他潛在用途，例如CO 2吸附。”