La industria consume grandes cantidades de petróleo crudo para producir sustancias básicas para las drogas, productos cosméticos, plástica, o comida. Sin embargo, estos procesos consumen mucha energía y producen residuos. Los procesos biológicos con enzimas son mucho más sostenibles. Las moléculas de proteína pueden catalizar diversas reacciones químicas sin que se requieran materiales auxiliares o disolventes. Pero son caras y por eso, han sido económicamente poco atractivos hasta ahora. Investigadores del Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT) han desarrollado un nuevo biomaterial que facilita considerablemente el uso de enzimas. Los resultados se presentan en la revista Angewandte Chemie .

Los catalizadores aseguran una rápida reacción de las sustancias básicas al producto final deseado con un bajo consumo de energía. Por eso, son de gran importancia para la industria química. En aproximadamente el 90 por ciento de todos los procesos químicos, se aplican catalizadores. Los científicos de KIT han desarrollado ahora un biomaterial alternativo ecológico, cuyo uso está asociado a una reducción del consumo de energía. "A largo plazo, Dichos materiales biocatalíticos se utilizarán en la producción automática de compuestos básicos de valor añadido sin etapas complejas de síntesis y limpieza y con una cantidad mínima de residuos. "dice el profesor Christof Niemeyer del Instituto de Interfaces Biológicas de KIT.

Para este propósito, los científicos modificaron las enzimas naturales de modo que se autoensamblaran en un biocatalizador estable. Similar a un adhesivo de dos componentes, las enzimas forman un material tipo gel. Este material se aplica sobre virutas de plástico con depresiones en forma de surcos. El secado conduce a la concentración y formación del hidrogel. Luego, este chip está cubierto por una lámina de plástico y las sustancias básicas se pueden bombear a través de las ranuras y se convierten en los productos finales deseados por los biocatalizadores. El gel de biocatalizador permanece. No se necesitan disolventes ni altas temperaturas y presiones, lo que hace que el proceso sea altamente sostenible y compatible con el medio ambiente.

Como existe un gran volumen de reacción en el espacio más pequeño, las tasas de conversión en tales reactores de flujo miniaturizados o pequeños recipientes de reacción son muy altas. Su uso en procesos biocatalíticos, sin embargo, está todavía en su infancia, ya que hasta ahora se han requerido materiales portadores para fijar las enzimas en el reactor. Estos portadores necesitan espacio en el reactor que luego ya no está disponible para el biocatalizador. El nuevo biomaterial, por el contrario, se adhiere al portador y el reactor se puede llenar con una cantidad máxima de biocatalizador. Es más, se puede reciclar completamente, es biodegradable, altamente estable, y alcanza rendimientos extremadamente altos en reacciones, para lo cual se requieren costosos materiales auxiliares.

En comparación con los materiales químicos, Los biocatalizadores son particularmente ventajosos cuando los denominados enantiómeros se producen mediante un proceso. Estos son compuestos que son imágenes especulares entre sí. Como una regla, solo uno de los compuestos es necesario para la reacción, el segundo puede incluso tener efectos no deseados. Con la ayuda de biocatalizadores, es posible la producción específica de uno de ambos compuestos, mientras que los procesos químicos a menudo requieren costosos materiales auxiliares para este propósito o la separación del compuesto no deseado.

El trabajo se realizó en el marco del Programa Helmholtz "BioInterfaces en Tecnología y Medicina" (BIFTM). "Nuestro trabajo de investigación y desarrollo fue posible solo con el equipo y la infraestructura de este programa, "dice Christof Niemeyer. En el marco de este programa, Los científicos de KIT cooperan entre disciplinas para estudiar y utilizar sistemas biológicos para su posterior aplicación en los sectores de bioingeniería industrial y médica. La alta interdisciplinariedad requiere una amplia experiencia metodológica que cubra la producción y caracterización de materiales, así como métodos de simulación basados ​​en datos. Este know-how está disponible en KIT.