Sunresin-Aplicação da tecnologia de adsorção e separação em biologia sintética

1. O que é biologia sintética

A biologia sintética, conhecida como a portadora significativa da "terceira revolução da biotecnologia", é um campo interdisciplinar emergente no século XXI. Sua essência é fazer as células trabalharem para os humanos e produzirem substâncias desejadas. Com essa tecnologia, muitos produtos que encontramos em nossas vidas diárias podem ser sintetizados usando métodos biológicos.

A biologia sintética é um novo campo interdisciplinar que se concentra principalmente no design, construção e aplicação de sistemas biológicos. Ela combina conhecimento e métodos de vários campos, como engenharia e biologia, visando utilizar mecanismos e tecnologias biológicas existentes na natureza, como biomoléculas e reações biológicas. Ao projetar e construir sistemas biológicos e projetar redes reguladoras de genes controláveis, ela alcança a regulação biológica sistemática no nível molecular dentro das células.

2. Grande potencial da biologia sintética para atingir a neutralidade de carbono

A fabricação biológica sintética é um método de produção verde promissor e, com o aquecimento global e a proposta de neutralidade de carbono em vários países, tornou-se, sem dúvida, uma das potenciais soluções ótimas. A fabricação biológica sintética pode reduzir o consumo de energia e material em processos industriais e reduzir as emissões de resíduos e a poluição do ar, da água e do solo, ao mesmo tempo em que reduz significativamente os custos de produção e aumenta a competitividade industrial.

No contexto da defesa global e nacional da "neutralidade de carbono", a biologia sintética, sem dúvida, fornece uma solução muito boa. Em 2014, a Organização para Cooperação e Desenvolvimento Econômico (OCDE) divulgou um relatório "New Policy Issues in Synthetic Biology", prevendo que 35% dos produtos químicos e outros produtos industriais podem envolver fabricação biológica no futuro.

A tecnologia de adsorção e separação na qual a Sunresin está envolvida é uma tecnologia de plataforma de separação e purificação altamente eficiente com forte respeito ao meio ambiente, alta automação e boa precisão operacional. Como uma empresa global líder na indústria de tecnologia de adsorção e separação, temos considerado ativamente como integrar nossos mais de 20 anos de acumulação de pesquisa e desenvolvimento e vantagens tecnológicas no campo de adsorção e separação com o caminho nacional de neutralidade de carbono para contribuir para a realização das metas de carbono duplo e ajudar a otimizar e atualizar os processos de aplicação downstream.

3. Aplicação da Tecnologia de Adsorção e Separação em Biologia Sintética

Durante a produção de produtos de biologia sintética, as matérias-primas são transformadas no produto alvo por meio da fermentação microbiana e estão presentes no caldo de fermentação. O fator-chave que restringe a produção e a aplicação de produtos de biologia sintética é a separação e a purificação do produto alvo.

Atualmente, no processo de separação e purificação, métodos como cristalização de ponto isoelétrico, troca iônica (leito fixo) e separação por membrana são usados ​​principalmente. No entanto, esses métodos têm problemas como baixo rendimento do produto alvo, alto consumo de reagentes químicos, grande descarga de águas residuais e poluição ambiental significativa.

A Sunresin desenvolveu uma série de materiais de separação para a separação e purificação de caldo de fermentação e desenvolveu processos de aplicação e equipamentos de sistema para diferentes casos de uso, fornecendo aos clientes soluções abrangentes.

3.1 Dessalinização, descoloração e desproteinização:
Resinas de troca iônica, que são uma combinação de resinas de cátions e ânions, são geralmente usadas para reduzir a condutividade ao nível alvo. Resinas de ácido forte, ácido fraco, base forte e base fraca são usadas com base nas propriedades do material, como estabilidade ácida e alcalina e retenção de resina.

Resinas de troca aniônica básicas fortes ou resinas de adsorção de poros grandes são geralmente usadas para descoloração. Elas também podem remover algumas proteínas.

3.2 Adsorção de produto e impurezas:
Resinas com grupos funcionais específicos podem ser usadas para se ligar seletivamente a substâncias alvo e impurezas para remoção. Resinas de adsorção de poros grandes e resinas de troca iônica são geralmente usadas para adsorção, seguidas por análise de solvente ou ácido-base.

3.3 Separação cromatográfica:
Resinas de troca iônica ou resinas de poros grandes são usadas para adsorver o produto e impurezas, com certa capacidade. As impurezas são removidas por lavagem de gradiente, e o produto é analisado com solventes ou soluções ácido-base em concentração média. A resina é regenerada com solventes ou soluções ácido-base em alta concentração.

3.4 Separação cromatográfica:

3.4.1 Cromatografia contínua SSMB para dessalinização, remoção de impurezas, descoloração e recuperação do licor-mãe;

3.4.2 Cromatografia preparativa de média-alta pressão.

4. Aplicação da Biologia Sintética do Ácido Butanodioico 

A aplicação downstream do ácido butanodioico é principalmente na síntese de PBS e BDO. Com o pano de fundo da política de "carbono duplo", os plásticos biodegradáveis ​​estão em transição para plásticos degradáveis ​​de base biológica, abrindo um futuro mercado incremental para PBS de base biológica. Embora já exista um enorme mercado existente para BDO, o método de produção atual não se alinha com o conceito de "carbono duplo".

Impulsionado pela demanda downstream para a síntese de PBS e BDO, há uma enorme demanda potencial para ácido butanodioico, especialmente para ácido butanodioico produzido por meio de biologia sintética. O método químico tradicional de produção de ácido butanodioico tem expansão de capacidade limitada, e os métodos de biologia sintética já demonstraram vantagens de custo, tornando-se uma tendência de desenvolvimento futuro. O ácido butanodioico será produzido por meio de biologia sintética para atender à enorme demanda downstream no futuro.

Método de síntese química (I) do ácido butanodióico

Método de Síntese Química I: Método Eletroquímico, um método de síntese de ácido butanodioico por meio de reações redox eletroquímicas.

A principal desvantagem é o alto consumo de energia, além de fatores como restrições políticas, altos custos de equipamentos e operação complexa de equipamentos, que limitam sua aplicação na produção industrial e em larga escala.

Método de síntese química (II) do ácido butanodióico

A reação de hidrogenação do anidrido maleico é o processo de produção de ácido butanodioico pela hidrogenação do anidrido cis-butanodioico com hidrogênio na presença de um catalisador.

Esta reação é realizada a uma certa temperatura e pressão de hidrogênio. Os principais fatores limitantes que afetam o desenvolvimento deste processo incluem emissões excessivas de carbono, rendimento de pureza e impurezas de cinzas, e a seleção de níquel ou outros catalisadores de metais preciosos.

Processo biológico sintético para ácido butanodioico

O processo biológico sintético do ácido butanodioico é um método de produção verde e ecologicamente correto.

Usando cepas microbianas para engenharia metabólica de microrganismos como leveduras e E. coli, o processo em si é sustentável e renovável, reduzindo significativamente a poluição ambiental e fornecendo uma solução melhor para o desenvolvimento sustentável.

No processo de síntese biológica, as cepas podem ser geneticamente modificadas e reguladas, e até mesmo otimizadas para desempenho por meio de evolução artificial em ambientes anaeróbicos, para selecionar a cepa ótima para produzir o maior rendimento de ácido butanodioico. Isso resulta em um produto com maior pureza e sem poluição química.