A vegyipar zöldítése érdekében különleges fehérjehálókból álló, strapabíró enzimgyöngyöket fejlesztettek ki német kutatók. A Karlsruhei Technológiai Intézet munkatársai olyan eljárást hoztak létre, amelyben a kisméretű enzimgyöngyök nemcsak katalizátorként működnek, hanem magát a szerkezeti anyagot is alkotják. Ez a megoldás kiváltja a toxikus kémiai reakciópartnereket és jelentősen lecsökkenti a termelési folyamatok energiaigényét.
A molekuláris építőkockák működése
A biokatalízis során felhasznált enzimek képesek nagyságrendekkel felgyorsítani a bonyolult molekuláris átalakulásokat. A nagyüzemi alkalmazás gátja eddig az volt, hogy a biokatalizátorok adagolása és tartós tárolása nehézségekbe ütközött. A kutatók által továbbfejlesztett hidrogél-koncepció lényege, hogy az enzimeket kiegészítő kötőelemekkel látják el. Amikor ezek a molekuláris egységek egymással kapcsolatba lépnek, önállóan háromdimenziós hálózatokká szerveződnek. Ennek köszönhetően nincs szükség inaktív hordozóanyagra, így az adott reakció hatékonysága maximális marad.
Kétlépéses gyártási folyamat a gyakorlatban
A megszilárdított enzimgyöngyök előállítása egy átgondolt, kétfázisú módszerrel történik. Először a folyékony cseppekbe rendezett molekulákat folyékony nitrogénben történő gyorsfagyasztással rögzítik. Ezt követi a fagyasztva szárítás, amelynek eredményeként mechanikailag stabil, mégis porózus szerkezetű részecskék keletkeznek. A végeredményként kapott száraz enzimgyöngyök folyadékba helyezve azonnal újraaktiválódnak, így hosszú ideig tárolhatók és könnyen szállíthatók anélkül, hogy károsodna a katalitikus képességük.
Rugalmasan alakítható biokatalizátorok
A kifejlesztett moduláris rendszert a vegyipar egyedi igényeire lehet szabni. Egyetlen golyóba akár többféle enzimet vagy élő sejteket is be lehet építeni, ami összetett reakciósorozatok lebonyolítását teszi lehetővé. A hatóanyagok és finomvegyszerek előállításánál ez a megközelítés lényegesen kevesebb hulladékot termel a megszokott eljárásokhoz képest. A szabadalmaztatott technológia széles körű ipari elterjedése a gyógyszergyártástól kezdve a környezetbarát szintetikus anyagok előállításáig számos területen hozhat közvetlen gyakorlati előnyöket.
