高度選擇性的吸附材料吸引了不良物質 從而有利于生物制造

泡沫粗壯，面包豐盛，辛辣的奶酪;每一種生命，每一種都是自然產生的微生物創(chuàng)造的。它們被普遍定義為釀造，烘焙和干酪培養(yǎng)(好的，奶酪制作)，它們就是今天我們稱為生物制造的例子。

盡管您可能不會將此類工業(yè)術語與烹飪藝術聯(lián)系在一起，但是您可能會熟悉越來越多的產品中基于玉米的乙醇，抗生素和潤滑劑的生產過程。

這樣的過程可能很復雜且成本很高，而且在許多情況下，產量相對較低-太低而無法使產品具有商業(yè)可行性。但是，過去的成功繼續(xù)幫助該行業(yè)發(fā)展，推動制造商和研究人員共同努力，為某些生物制造領域的更大問題找到獨特的解決方案。

一個恰當?shù)睦樱好绹茉床?DOE)阿貢國家實驗室兩個部門的研究人員聯(lián)手開發(fā)了一種名為EZ Select的高選擇性吸附材料，以解決生物產品提取效率低下的問題。該技術將實驗室在生物科學方面的專業(yè)知識與制造知識相結合，證明了合作的力量。

Argonne生物科學部門的生物物理學家，該項目的首席研究員Phil Laible說：“挑戰(zhàn)在于生產具有相對較低成本和能源的純凈產品。” “ EZ Select是將產品與非常復雜的環(huán)境分離的一種非常有效的方法，因為唯一吸附在其表面上的東西就是我們感興趣的產品。”

在生物產品制造中，選擇不同的微生物來創(chuàng)建特定的產品，每種產品都使用由營養(yǎng)物質和鹽類組成的不同生長培養(yǎng)基溶液進行生長。產生的“湯”不僅包括產品，還包括加工過程中的副產品，例如使產品難以提取的微粒和乳液。

由于生長培養(yǎng)基和湯的復雜性從生物制品變?yōu)樯镏破?，因此該團隊需要生物科學家和應用專家的專業(yè)知識來創(chuàng)建可以更改或“調整”以與不同化學物質一起使用的材料。

該材料是干凝膠，一種高度多孔的納米結構材料，其孔徑可以使用膠束或脂質進行修飾，從而在洗滌劑中產生活性的洗滌能力。Laible說，使用添加劑進一步微調EZ Select的能力幾乎可以完全控制孔隙率。

“我們的調節(jié)能力意味著我們可以改變表面上的化學官能團，以吸引特定種類的分子并排除其他分子，”阿貢應用材料部門的應用科學家和EZ Select團隊成員埃德·巴里(Ed Barry)補充說。

在生物制造中使用EZ Select的另一個好處是，它對負責生產最終產品的生物體具有中性作用。在某些生物生產方案中，生物產品的濃度過高會減慢或停止發(fā)酵過程，從而導致產量降低。

“如果從葡萄酒生產的角度來考慮，例如當達到一定濃度的酒精時，這種微生物(在這種情況下為酵母)就會停止將葡萄轉化為葡萄酒，”巴里解釋道。“因此，能夠使用諸如EZ Select之類的產品選擇性去除產品，從而不會壓制有機體的功能，從而使該過程得以繼續(xù)進行，從而產生更高的酒精產量。”

看起來像一大卷浸濕的紙巾，EZ Select的吸附量是其質量的八倍，可重復使用數(shù)十次。它的大小也可以滿足特定產品數(shù)量的吸附需求。大小僅為半加侖牛奶紙箱的一種凝膠可以在一百升的過程中多次重復使用。

“您可以用產品填充產品，然后只需簡單的壓縮就可以從材料中取出產品，然后將其直接返回到可重復使用的過程中。這就是產品的強大功能，” Laible說。EZ Select通過整合生產和分離流程來提高生產率和可持續(xù)性，從而增強了生物制造流程。

鑒于其在分子水平的可調節(jié)性，EZ Select的潛力是無限的。與吸引產品相反，它可以代替捕獲介質并處理抑制微生物轉化的雜質，從而使生物制造過程更有效。研究人員將其視為一種平臺技術，可以滿足許多不同應用的需求。

巴里說：“能夠從相對復雜的混合物中吸收特定物質的能力表明，它有很廣泛的用途，可以用作吸收劑。” “我認為它的特殊性為EZ Select在重金屬修復和氣體捕獲應用中打開了其他潛在用途，例如CO 2吸附。”