Sunresin - Applicazione della tecnologia di adsorbimento e separazione nella biologia sintetica

1. Che cos'è la biologia sintetica

La biologia sintetica, nota come il principale vettore della "terza rivoluzione biotecnologica", è un campo interdisciplinare emergente nel XXI secolo. La sua essenza è quella di far sì che le cellule lavorino per gli esseri umani e producano le sostanze desiderate. Grazie a questa tecnologia, molti prodotti che incontriamo nella nostra vita quotidiana possono essere sintetizzati utilizzando metodi biologici.

La biologia sintetica è un nuovo campo interdisciplinare che si concentra principalmente sulla progettazione, costruzione e applicazione di sistemi biologici. Combina conoscenze e metodi provenienti da vari campi come l'ingegneria e la biologia, con l'obiettivo di utilizzare meccanismi e tecnologie biologici esistenti in natura, come biomolecole e reazioni biologiche. Progettando e costruendo sistemi biologici e progettando reti di regolazione genica controllabili, si ottiene una regolazione biologica sistematica a livello molecolare all'interno delle cellule.

2. Grande potenziale della biologia sintetica nel raggiungimento della neutralità carbonica

La produzione biologica sintetica è un promettente metodo di produzione green e, con il riscaldamento globale e la proposta di neutralità carbonica in diversi paesi, è senza dubbio diventata una delle potenziali soluzioni ottimali. La produzione biologica sintetica può ridurre il consumo di energia e materiali nei processi industriali, nonché le emissioni di rifiuti e l'inquinamento di aria, acqua e suolo, riducendo significativamente i costi di produzione e migliorando la competitività industriale.

Nel contesto della promozione globale e nazionale della "neutralità carbonica", la biologia sintetica offre senza dubbio un'ottima soluzione. Nel 2014, l'Organizzazione per la Cooperazione e lo Sviluppo Economico (OCSE) ha pubblicato il rapporto "New Policy Issues in Synthetic Biology", prevedendo che in futuro il 35% delle sostanze chimiche e di altri prodotti industriali potrebbe essere prodotto con metodi biologici.

La tecnologia di adsorbimento e separazione sviluppata da Sunresin è una piattaforma tecnologica di separazione e purificazione altamente efficiente, caratterizzata da un elevato rispetto per l'ambiente, un'elevata automazione e un'elevata precisione operativa. In qualità di azienda leader a livello mondiale nel settore delle tecnologie di adsorbimento e separazione, abbiamo attivamente valutato come integrare i nostri oltre 20 anni di esperienza in ricerca e sviluppo e i vantaggi tecnologici nel campo dell'adsorbimento e della separazione con il percorso nazionale verso la neutralità carbonica, per contribuire al raggiungimento degli obiettivi di doppia emissione di carbonio e contribuire a ottimizzare e migliorare i processi applicativi a valle.

3. Applicazione della tecnologia di adsorbimento e separazione nella biologia sintetica

Durante la produzione di prodotti di biologia sintetica, le materie prime vengono trasformate nel prodotto finale attraverso la fermentazione microbica e sono presenti nel brodo di fermentazione. Il fattore chiave che limita la produzione e l'applicazione di prodotti di biologia sintetica è la separazione e la purificazione del prodotto finale.

Attualmente, nei processi di separazione e purificazione vengono utilizzati principalmente metodi come la cristallizzazione a punto isoelettrico, lo scambio ionico (letto fisso) e la separazione a membrana. Tuttavia, questi metodi presentano problemi quali bassa resa del prodotto finale, elevato consumo di reagenti chimici, ingenti scarichi di acque reflue e significativo inquinamento ambientale.

Sunresin ha sviluppato una serie di materiali di separazione per la separazione e la purificazione del brodo di fermentazione e ha sviluppato processi applicativi e apparecchiature di sistema per diversi casi d'uso, fornendo ai clienti soluzioni complete.

3.1 Desalinizzazione, decolorazione e deproteinizzazione:
Le resine a scambio ionico, che sono una combinazione di resine cationiche e anioniche, vengono generalmente utilizzate per ridurre la conduttività al livello desiderato. Resine acide forti, acide deboli, basiche forti e basiche deboli vengono utilizzate in base alle proprietà del materiale, come la stabilità agli acidi e alle basi e la ritenzione della resina.

Per la decolorazione vengono generalmente utilizzate resine a scambio anionico fortemente basiche o resine adsorbenti a pori larghi. Possono anche rimuovere alcune proteine.

3.2 Adsorbimento del prodotto e delle impurità:
Resine con gruppi funzionali specifici possono essere utilizzate per legarsi selettivamente alle sostanze target e alle impurità da rimuovere. Le resine adsorbenti a pori larghi e le resine a scambio ionico sono generalmente utilizzate per l'adsorbimento, seguito da analisi con solvente o acido-base.

3.3 Separazione cromatografica:
Le resine a scambio ionico o resine a pori larghi vengono utilizzate per adsorbire il prodotto e le impurità, con una certa capacità. Le impurità vengono rimosse mediante lavaggio a gradiente e il prodotto viene analizzato con solventi o soluzioni acido-base a media concentrazione. La resina viene rigenerata con solventi o soluzioni acido-base ad alta concentrazione.

3.4 Separazione cromatografica:

3.4.1 Cromatografia continua SSMB per la desalinizzazione, la rimozione delle impurità, la decolorazione e il recupero delle acque madri;

3.4.2 Cromatografia preparativa a pressione medio-alta.

4. Applicazione dell'acido butandioico nella biologia sintetica 

L'applicazione a valle dell'acido butandioico riguarda principalmente la sintesi di PBS e BDO. Con il contesto della politica del "doppio carbonio", le plastiche biodegradabili stanno evolvendo verso plastiche biodegradabili, aprendo un futuro mercato incrementale per il PBS bio-based. Sebbene esista già un enorme mercato per il BDO, l'attuale metodo di produzione non è in linea con il concetto di "doppio carbonio".

Grazie alla domanda a valle per la sintesi di PBS e BDO, esiste un'enorme domanda potenziale di acido butandioico, in particolare per l'acido butandioico prodotto tramite biologia sintetica. Il metodo chimico tradizionale per la produzione di acido butandioico ha un'espansione di capacità limitata, e i metodi di biologia sintetica hanno già dimostrato vantaggi in termini di costi, rendendolo un trend di sviluppo futuro. L'acido butandioico sarà prodotto tramite biologia sintetica per soddisfare l'enorme domanda a valle in futuro.

Metodo di sintesi chimica (I) dell'acido butandioico

Metodo di sintesi chimica I: metodo elettrochimico, un metodo di sintesi dell'acido butandioico attraverso reazioni redox elettrochimiche.

Lo svantaggio principale è l'elevato consumo energetico, nonché fattori quali restrizioni politiche, costi elevati delle attrezzature e funzionamento complesso delle stesse, che ne limitano l'applicazione nella produzione industriale e su larga scala.

Metodo di sintesi chimica (II) dell'acido butandioico

La reazione di idrogenazione dell'anidride maleica è il processo di produzione dell'acido butandioico mediante idrogenazione dell'anidride cis-butendioica con idrogeno in presenza di un catalizzatore.

Questa reazione avviene a una certa temperatura e pressione dell'idrogeno. I principali fattori limitanti che influenzano lo sviluppo di questo processo includono le eccessive emissioni di carbonio, la resa in purezza e le impurità delle ceneri, nonché la scelta di catalizzatori a base di nichel o altri metalli preziosi.

Processo biologico sintetico per l'acido butandioico

Il processo biologico sintetico dell'acido butandioico è un metodo di produzione ecologico e rispettoso dell'ambiente.

Utilizzando ceppi microbici per l'ingegneria metabolica di microrganismi come il lievito e l'Escherichia coli, il processo stesso è sostenibile e rinnovabile, riducendo notevolmente l'inquinamento ambientale e fornendo una soluzione migliore per lo sviluppo sostenibile.

Nel processo di sintesi biologica, i ceppi possono essere geneticamente modificati e regolati, e persino ottimizzati per le prestazioni attraverso l'evoluzione artificiale in ambienti anaerobici, per selezionare il ceppo ottimale per produrre la massima resa di acido butandioico. Ciò si traduce in un prodotto con maggiore purezza e senza inquinamento chimico.