magistrsko delo
Žiga Gerdina (Avtor), Polona Žnidaršič Plazl (Mentor), Marjan Marinšek (Član komisije za zagovor), Rok Ambrožič (Član komisije za zagovor)

Povzetek

Biokataliza ima velik potencial na področju zelene in trajnostne kemije, saj omogoča blage reakcijske pogoje, kot so fiziološki pH, zmerna temperatura in tlak. Obenem omogoča visoke izkoristke reakcij ter stereoselektivnost produktov. Biokatalitske sinteze so krajše, energetsko učinkovitejše in manj obremenjujoče za okolje v primerjavi s klasičnimi organskimi sintezami. Kljub tem prednostim komercializacijo pogosto omejujejo pomanjkanje stabilnosti encimov med delovanjem in njihova relativno visoka cena. Ena izmed rešitev za te omejitve je imobilizacija encimov, ki izboljša njihovo stabilnost, omogoča enostavno ločevanje po končanem procesu in ponovno uporabo. Imobilizacija encimov v zamrežene encimske agregate (angl. cross-linked enzyme aggregates, CLEA) z uporabo mikropretočnega sistema se je izkazala kot obetavna tehnika, ki omogoča večkratno in dolgotrajno uporabo encimov v kontinuirnih sistemih. Glukoza oksidaza je encim, ki katalizira oksidacijo β-D-glukoze z molekularnim kisikom v D-glukono-δ-lakton, ki nato spontano hidrolizira v glukonsko kislino. Naravno ga proizvajajo nekatere glive in žuželke, kjer njegov katalitični produkt, vodikov peroksid, deluje kot protimikrobno sredstvo. Zaradi visoke elektrokemične aktivnosti je pomembna komponenta glukoznih senzorjev in potencialno v aplikacijah gorivnih celic. V magistrskem delu smo optimizirali mikropretočni sistem za sintezo delcev CLEA izbrane glukoza oksidaze z enotno velikostjo in visoko zadržano aktivnostjo. Raziskali smo, kako sintezne koncentracije vplivajo na aktivnost in velikost delcev. Optimizacijo smo izvedli z načrtovanjem eksperimentov po Box-Benkhenovi metodi, pri čemer smo preučevali tri spremenljivke (koncentracije encima, obarjalnega sredstva in zamreževalnega sredstva) na treh nivojih. Rezultati so pokazali, da smo uspešno izdelali enotne delce s povprečnim hidrodinamskim polmerom 113 ± 1,37 nm in 100 % izkoristkom imobilizacije. Poleg tega smo v okviru raziskovalnega dela dosegli 91,39 ± 1,68 % zadržano encimsko aktivnost, kar kaže na potencialno uporabnost te tehnike v industriji.

Ključne besede

zamreženi encimski agregati;glukoza oksidaza;mikropretočni sistemi;imobilizacija encimov;biokatalitski procesi;magistrska dela;

Podatki

Jezik: Slovenski jezik
Leto izida:
Tipologija: 2.09 - Magistrsko delo
Organizacija: UL FKKT - Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo
Založnik: [Ž. Gerdina]
UDK: 66.098(043.2)
COBISS: 234513155 Povezava se bo odprla v novem oknu
Št. ogledov: 135
Št. prenosov: 25
Ocena: 0 (0 glasov)
Metapodatki: JSON JSON-RDF JSON-LD TURTLE N-TRIPLES XML RDFA MICRODATA DC-XML DC-RDF RDF

Ostali podatki

Sekundarni jezik: Angleški jezik
Sekundarni naslov: Immobilization of glucose oxidase into cross-linked enzyme aggregates using microfluidic system
Sekundarni povzetek: Biocatalysis holds significant potential in the field of green and sustainable chemistry, as it enables reactions under mild conditions, such as physiological pH, moderate temperature, and pressure. Additionally, it allows for high reaction yields and stereoselectivity of products. Biocatalytic syntheses are shorter, more energy-efficient, and less environmentally burdensome compared to traditional organic syntheses. Despite these advantages, commercialization is often hindered by the lack of enzyme stability during operation and their relatively high cost. One solution to these limitations is enzyme immobilization, which enhances their stability, simplifies separation after the process, and allows for reuse. Immobilizing enzymes in cross-linked enzyme aggregates (CLEAs) using microfluidic systems has proven to be a promising technique, enabling repeated and prolonged enzyme use in continuous systems. Glucose oxidase is an enzyme that catalyzes the oxidation of β-D-glucose with molecular oxygen into D-glucono-δ-lactone, which subsequently hydrolyzes spontaneously into gluconic acid. It is naturally produced by certain fungi and insects, where its catalytic product, hydrogen peroxide, acts as an antimicrobial agent. Due to its high electrochemical activity, it is an important component of glucose sensors and has potential applications in fuel cells. In this master’s thesis, we optimized a microfluidic system for synthesizing CLEA particles of selected glucose oxidase with uniform size and high retained activity. We investigated how synthesis concentrations affect particle activity and size. Optimization was performed using the Box-Behnken experimental design method, examining three variables (enzyme concentration, precipitant concentration, and cross-linker concentration) at three levels. The results showed that we successfully produced uniform particles with an average hydrodynamic radius of 113 ± 1.37 nm and a 100 % immobilization yield. Additionally, as part of this research, we achieved a recovered enzyme activity of 91.39 ± 1.68 %, indicating the potential applicability of this technique in industrial processes.
Sekundarne ključne besede: cross-linked enzyme aggregates;glucose oxidase;microflow systems;enzyme immobilization;Encimi;Mikroreaktorji;Univerzitetna in visokošolska dela;
Vrsta dela (COBISS): Magistrsko delo/naloga
Študijski program: 1000376
Komentar na gradivo: Univ. v Ljubljani, Fak. za kemijo in kemijsko tehnologijo, smer Kemijsko inženirstvo
Strani: 1 spletni vir (1 datoteka PDF (68 str.))
ID: 26265071