diplomsko delo
Gregor Jereb (Avtor), Rok Ambrožič (Mentor)

Povzetek

Biokatalizatorji so biološke molekule, ki so zmožne katalizirati kemijske reakcije. Njihova uporaba ponuja številne prednosti, kot so visoka specifičnost, blagi reakcijski pogoji in okoljska trajnost, zaradi česar je tehnologija ključna v sodobni kemijski in biotehnološki industriji. Pogoji, ki so jim biokatalizatorji (navadno encimi) izpostavljeni, so pri danem procesu navadno hujši od fizioloških, zato se uporabljajo različne tehnike stabilizacije biokatalizatorjev. Ena od ključnih strategij je njihova imobilizacija, ki jih pritrdi na netopen inertni material, kar jim utrdi strukturo in tako poviša njihovo stabilnost. V diplomskem delu smo primerjali različne tehnike imobilizacije bioloških molekul, ki se lahko uporabijo kot biokatalizatorji v pretočnih sistemih, pri tem pa smo poseben poudarek namenili mikrofluidnim sistemom. Taka tehnologija je zanimiva zaradi natančnega določevanja procesnih spremenljivk ter visokega razmerja med površino in prostornino, kar omogoča dober prenos toplote in snovi. Cilj raziskave je bil ovrednotiti učinkovitost različnih načinov imobilizacije in stabilnost imobiliziranih bioloških molekul z vidika njihove uporabe v pretočnih bioprocesih. Za procese so zelo zanimivi mikroreaktorji s strnjenim slojem, kjer največji problem predstavlja visok padec tlaka. V diplomskem delu je bilo zapisanih nekaj korelacij, ki predvidijo padec tlaka v mikroreaktorju, in so bili narisani grafi, ki predstavijo padec tlaka v odvisnosti od razmerja med premerom sfer in cilindrične kolone. Izkazalo se je, da imajo kratke in široke kolone najmanjši padec tlaka. V eksperimentalnem delu smo testirali imobilizacijo modelnih bioloških molekul, kot so encimi, ter analizirali njihovo delovanje in stabilnost v pretočnih pogojih. Izkazalo se je, da je sama imobilizacija v hidrogele zelo učinkovita, sploh v primeru elektrodepoziranih hidrogelov. Preverjeno je bilo tudi spiranje imobiliziranih encimov v mikroreaktorjih v odvisnosti od različnih pufrskih sistemov in pH območja, kjer se opazi močnejše spiranje v višjih pH območjih in možnost raztapljanja hidrogelov, kar bi se lahko uporabilo za nadzorovano sproščanje encimov v reakcijsko mešanico.

Ključne besede

biokataliza;bioprocesi;imobilizacija encimov;mikrofluidni sistemi;hidrogeli;diplomska dela;

Podatki

Jezik: Slovenski jezik
Leto izida:
Tipologija: 2.11 - Diplomsko delo
Organizacija: UL FKKT - Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo
Založnik: [G. Jereb]
UDK: 66.023.2.098(043.2)
COBISS: 248735235 Povezava se bo odprla v novem oknu
Št. ogledov: 78
Št. prenosov: 11
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 Biological Molecules in (Micro)Flow Systems
Sekundarni povzetek: Biocatalysts are biological molecules capable of catalysing chemical reactions. Their use offers numerous advantages, such as high specificity, mild reaction conditions, and environmental sustainability, making the technology essential in the modern chemical and biotechnological industries. The conditions that biocatalysts (usually enzymes) are exposed to in each process are generally harsher than physiological ones. Therefore, various techniques for stabilizing biocatalysts are used. One key strategy is their immobilization, which attaches them to an insoluble, inert material, reinforcing their structure and thus increasing their stability. In this thesis, we compared different techniques for immobilizing biological molecules that can be used as biocatalysts in flow systems, with special emphasis placed on microfluidic systems. This technology is particularly interesting due to the precise control of process variables and the high surface-to-volume ratio, which allows efficient heat and mass transfer. The aim of the research was to evaluate the efficiency of different immobilization methods and the stability of immobilized biological molecules in terms of their application in continuous bioprocesses. Packed-bed microreactors are especially interesting, although their main issue is the high pressure drop. In the thesis, several correlations predicting the pressure drop in microreactors were presented, along with graphs showing the pressure drop as a function of the ratio between the sphere diameter and the cylindrical column diameter. It was found that short and wide columns have the lowest pressure drop. In the experimental part, we tested the immobilization of model biological molecules, such as enzymes, and analysed their performance and stability under flow conditions. It turned out that immobilization in hydrogels is very effective, especially in the case of electrodeposited hydrogels. We also examined the leaching of immobilized enzymes in microreactors depending on different buffer systems and pH ranges, observing stronger leaching at higher pH levels and the potential for hydrogel dissolution. This could be utilized for the controlled release of enzymes into the reaction mixture.
Sekundarne ključne besede: biocatalysis;bioprocess;microreactor;Biokemijska tehnika;Encimi;Mikroreaktorji;Univerzitetna in visokošolska dela;
Vrsta dela (COBISS): Diplomsko delo/naloga
Študijski program: 1000372
Komentar na gradivo: Univ. v Ljubljani, Fak. za kemijo in kemijsko tehnologijo, UNI Kemijsko inženirstvo
Strani: 1 spletni vir (1 datoteka PDF (15, 56 str.))
ID: 27301059