Sunresin-Применение технологии адсорбции и разделения в синтетической биологии

1. Что такое синтетическая биология

Синтетическая биология, известная как важный носитель «третьей биотехнологической революции», представляет собой новую междисциплинарную область в 21 веке. Его суть заключается в том, чтобы заставить клетки работать на человека и вырабатывать нужные вещества. Благодаря этой технологии многие продукты, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни, могут быть синтезированы биологическими методами.

Синтетическая биология — это новая междисциплинарная область, которая в основном фокусируется на проектировании, конструировании и применении биологических систем. Он сочетает в себе знания и методы из различных областей, таких как инженерия и биология, с целью использования существующих в природе биологических механизмов и технологий, таких как биомолекулы и биологические реакции. Проектируя и конструируя биологические системы, а также создавая управляемые сети регуляции генов, он достигает систематической биологической регуляции на молекулярном уровне внутри клеток.

2. Большой потенциал синтетической биологии в достижении углеродной нейтральности.

Синтетическое биологическое производство является многообещающим методом экологически чистого производства, а с учетом глобального потепления и предложений по углеродной нейтральности в различных странах оно, несомненно, стало одним из потенциально оптимальных решений. Синтетическое биологическое производство может снизить потребление энергии и материалов в промышленных процессах, а также сократить выбросы отходов и загрязнение воздуха, воды и почвы, одновременно значительно снижая производственные затраты и повышая конкурентоспособность промышленности.

В контексте глобальной и национальной пропаганды «углеродной нейтральности» синтетическая биология, несомненно, представляет собой очень хорошее решение. В 2014 году Организация экономического сотрудничества и развития (ОЭСР) опубликовала отчет «Проблемы новой политики в области синтетической биологии», в котором прогнозируется, что в будущем 35% химических веществ и других промышленных продуктов могут быть связаны с биологическим производством.

Технология адсорбции и разделения, которой занимается Sunresin, представляет собой высокоэффективную платформу разделения и очистки с высокой экологичностью, высокой степенью автоматизации и хорошей операционной точностью. Как ведущая мировая компания в области технологий адсорбции и разделения, мы активно рассматриваем, как интегрировать наши более чем 20-летние исследования и разработки, а также технологические преимущества в области адсорбции и разделения с национальным путем достижения углеродной нейтральности, чтобы внести вклад в достижение целей по двойному выбросу углерода и помощь в оптимизации и обновлении последующих процессов применения.

3. Применение технологии адсорбции и разделения в синтетической биологии.

При производстве продуктов синтетической биологии сырье преобразуется в целевой продукт посредством микробной ферментации и присутствует в ферментационном бульоне. Ключевым фактором, ограничивающим производство и применение продуктов синтетической биологии, является разделение и очистка целевого продукта.

В настоящее время в процессе разделения и очистки в основном используются такие методы, как изоэлектрическая точечная кристаллизация, ионный обмен (с неподвижным слоем) и мембранное разделение. Однако эти методы имеют такие проблемы, как низкий выход целевого продукта, высокий расход химических реагентов, большие сбросы сточных вод и значительное загрязнение окружающей среды.

Sunresin разработала серию разделительных материалов для разделения и очистки ферментационного бульона, а также разработала прикладные процессы и системное оборудование для различных случаев использования, предоставляя клиентам комплексные решения.

3.1 Опреснение, обесцвечивание и депротеинизация.
Ионообменные смолы, представляющие собой комбинацию катионных и анионных смол, обычно используются для снижения проводимости до целевого уровня. Сильнокислотные, слабокислотные, сильноосновные и слабоосновные смолы используются в зависимости от свойств материала, таких как устойчивость к кислоте и щелочи, а также удержание смолы.

Для обесцвечивания обычно используются сильноосновные анионообменные смолы или адсорбционные смолы с большими порами. Они также могут удалять некоторые белки.

3.2 Адсорбция продукта и примесей.
Смолы со специфическими функциональными группами можно использовать для избирательного связывания с целевыми веществами и примесями для удаления. Адсорбционные смолы с большими порами и ионообменные смолы обычно используются для адсорбции с последующим анализом растворителя или кислотно-щелочного анализа.

3.3 Хроматографическое разделение:
Ионообменные смолы или смолы с большими порами используются для адсорбции продукта и примесей с определенной емкостью. Примеси удаляют градиентной промывкой, а продукт анализируют растворителями или кислотно-щелочными растворами средней концентрации. Смола регенерируется растворителями или кислотно-щелочными растворами высокой концентрации.

3.4 Хроматографическое разделение:

3.4.1 Непрерывная хроматография SSMB для обессоливания, удаления примесей, обесцвечивания и восстановления маточного раствора;

3.4.2. Препаративная хроматография среднего-высокого давления.

4. Применение бутандиовой кислоты в синтетической биологии. 

Дальнейшее применение бутандиовой кислоты в основном связано с синтезом PBS и BDO. На фоне политики «двойного углерода» биоразлагаемые пластмассы переходят к разлагаемым пластикам на биологической основе, открывая в будущем дополнительный рынок для PBS на биологической основе. Хотя рынок BDO уже существует, нынешний метод производства не соответствует концепции «двойного углерода».

Ввиду дальнейшего спроса на синтез PBS и BDO, существует огромный потенциальный спрос на бутандиовую кислоту, особенно на бутандиовую кислоту, получаемую с помощью синтетической биологии. Традиционный химический метод производства бутандиовой кислоты имеет ограниченное расширение мощностей, а методы синтетической биологии уже продемонстрировали экономические преимущества, что делает его тенденцией будущего развития. Бутандиовая кислота будет производиться с помощью синтетической биологии, чтобы удовлетворить огромный спрос в будущем.

Метод химического синтеза (I) бутандиовой кислоты

Метод химического синтеза I: электрохимический метод, метод синтеза бутандиовой кислоты посредством электрохимических окислительно-восстановительных реакций.

Основным недостатком является высокое энергопотребление, а также такие факторы, как политические ограничения, высокая стоимость оборудования и сложная эксплуатация оборудования, которые ограничивают его применение в крупномасштабном и промышленном производстве.

Метод химического синтеза (II) бутандиовой кислоты

Реакция гидрирования малеинового ангидрида — это процесс получения бутандиовой кислоты путем гидрирования цис-бутендиового ангидрида водородом в присутствии катализатора.

Эта реакция осуществляется при определенной температуре и давлении водорода. К основным лимитирующим факторам, влияющим на развитие этого процесса, относятся чрезмерные выбросы углерода, выход чистоты и зольных примесей, а также выбор катализаторов из никеля или других драгоценных металлов.

Синтетический биологический процесс получения бутандиовой кислоты

Синтетический биологический процесс бутандиовой кислоты является экологически чистым и экологически чистым методом производства.

Использование микробных штаммов для метаболической инженерии микроорганизмов, таких как дрожжи и кишечная палочка, сам процесс является устойчивым и возобновляемым, что значительно снижает загрязнение окружающей среды и обеспечивает лучшее решение для устойчивого развития.

В процессе биологического синтеза штаммы можно генетически модифицировать, регулировать и даже оптимизировать их производительность посредством искусственной эволюции в анаэробной среде, чтобы выбрать оптимальный штамм, производящий наибольший выход бутандиовой кислоты. В результате получается продукт более высокой чистоты и без химического загрязнения.