Applicazione della resina solare della tecnologia di adsorbimento e separazione nella biologia sintetica

1. Cos'è la biologia sintetica

La biologia sintetica, conosciuta come il portatore significativo della "terza rivoluzione biotecnologica", è un campo interdisciplinare emergente nel 21° secolo. La sua essenza è far sì che le cellule funzionino per gli esseri umani e producano le sostanze desiderate. Con 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 i meccanismi biologici e le tecnologie esistenti in natura come le biomolecole e le reazioni biologiche. Progettando e costruendo sistemi biologici e progettando reti di regolazione genetica controllabili, si ottiene una regolazione biologica sistematica a livello molecolare all'interno delle cellule.

2. Grande potenziale per la biologia sintetica nel raggiungimento della neutralità del carbonio

La produzione biologica sintetica è un metodo di produzione ecologico promettente e, con il riscaldamento globale e la proposta di neutralità del carbonio in vari 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 e ridurre le emissioni di rifiuti e l’inquinamento dell’aria, dell’acqua e del suolo, riducendo significativamente i costi di produzione e migliorando la competitività industriale.

Nel contesto della difesa globale e nazionale della “neutralità del carbonio”, la biologia sintetica fornisce senza dubbio un’ottima soluzione. Nel 2014, l’Organizzazione per la cooperazione e lo sviluppo economico (OCSE) ha pubblicato un rapporto “Nuove questioni politiche nella biologia sintetica”, prevedendo che il 35% delle sostanze chimiche e di altri prodotti industriali potrebbe comportare la produzione biologica in futuro.

La tecnologia di adsorbimento e separazione in cui è impegnata Sunresin è una tecnologia di piattaforma di separazione e purificazione altamente efficiente con un forte rispetto ambientale, elevata automazione e buona precisione operativa. In qualità di azienda leader a livello mondiale nel settore delle tecnologie di adsorbimento e separazione, abbiamo valutato attivamente come integrare i nostri oltre 20 anni di ricerca e sviluppo e l'accumulo di vantaggi tecnologici nel campo dell'adsorbimento e della separazione con il percorso nazionale di neutralità del carbonio per contribuire a il raggiungimento degli obiettivi dual-carbon e contribuire a ottimizzare e aggiornare i processi applicativi a valle.

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

Durante la produzione di prodotti di biologia sintetica, le materie prime vengono trasformate nel prodotto target 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 purificazione del prodotto target.

Attualmente, nel processo di separazione e purificazione, vengono utilizzati principalmente metodi come la cristallizzazione del punto isoelettrico, lo scambio ionico (letto fisso) e la separazione a membrana. Tuttavia, questi metodi presentano problemi quali una bassa resa del prodotto target, un elevato consumo di reagenti chimici, grandi scarichi di acque reflue e un 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 Dissalazione, 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. Le resine acide forti, acide deboli, a basi forti e a basi deboli vengono utilizzate in base alle proprietà del materiale, come stabilità agli acidi e agli alcali e ritenzione della resina.

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

3.2 Adsorbimento del prodotto e delle impurità:
Le resine con gruppi funzionali specifici possono essere utilizzate per legarsi selettivamente alle sostanze bersaglio e alle impurità da rimuovere. Le resine di adsorbimento a pori grandi e le resine a scambio ionico vengono generalmente utilizzate per l'adsorbimento, seguite dall'analisi del solvente o dell'acido-base.

3.3 Separazione cromatografica:
Le resine a scambio ionico o le resine a pori larghi vengono utilizzate per assorbire il prodotto e le impurità, con una certa capacità. Le impurezze vengono rimosse mediante lavaggio a gradiente ed 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 in biologia sintetica dell'acido butandioico 

L'applicazione a valle dell'acido butandioico è principalmente nella sintesi di PBS e BDO. Sullo sfondo della politica del “doppio carbonio”, le plastiche biodegradabili stanno passando alla plastica degradabile a base biologica, aprendo un futuro mercato incrementale per i PBS a base biologica. Sebbene esista già un enorme mercato per il BDO, l’attuale metodo di produzione non è in linea con il concetto di “doppio carbonio”.

Spinta dalla domanda a valle per la sintesi di PBS e BDO, esiste un’enorme domanda potenziale di acido butandioico, in particolare di acido butandioico prodotto attraverso la biologia di sintesi. Il metodo chimico tradizionale per produrre acido butandioico ha un’espansione di capacità limitata e i metodi di biologia sintetica hanno già dimostrato vantaggi in termini di costi, rendendolo una tendenza di sviluppo futura. L’acido butandioico sarà prodotto attraverso la 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 per sintetizzare l'acido butandioico attraverso reazioni redox elettrochimiche.

Lo svantaggio principale è l’elevato consumo energetico, nonché fattori quali restrizioni politiche, costi elevati delle apparecchiature e funzionamento complesso delle apparecchiature, 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 di acido butandioico idrogenando l'anidride cis-butenedioica con idrogeno in presenza di un catalizzatore.

Questa reazione viene effettuata ad una certa temperatura e pressione di idrogeno. I principali fattori limitanti che influenzano lo sviluppo di questo processo includono emissioni eccessive di carbonio, resa di purezza e impurità di ceneri e la selezione di nichel o altri catalizzatori di metalli preziosi.

Processo biologico sintetico per acido butandioico

Il processo biologico sintetico dell'acido butandioico è un metodo di produzione ecologico ed ecologico.

Utilizzando ceppi microbici per l’ingegneria metabolica di microrganismi come lievito ed E. 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 una purezza più elevata e senza inquinamento chimico.