Una cerveza fuerte espumosa, una abundante barra de pan, un queso picante; cada una de las cosas de la vida, cada uno creado por microorganismos naturales. Definido universalmente como elaboración de cerveza, panificación y caseicultura (OK, elaboración de queso), son ejemplos de lo que, hoy dia, lo que llamamos biofabricación.

Si bien es posible que no asocie un término tan industrial con las artes culinarias, puede estar familiarizado con el proceso de fabricación de etanol a base de maíz, antibióticos y lubricantes, entre una gama de productos en constante crecimiento.

Estos procesos pueden ser complejos y costosos, y en muchos casos los rendimientos son relativamente bajos, demasiado bajos para que un producto sea comercialmente viable. Pero los éxitos pasados ​​continúan contribuyendo al crecimiento de la industria, impulsando a los fabricantes e investigadores a trabajar juntos para encontrar soluciones únicas a algunos de los mayores problemas de la biofabricación.

Un ejemplo:investigadores de dos divisiones del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) que han unido fuerzas para desarrollar un material adsorbente altamente selectivo llamado EZ Select para abordar las ineficiencias en la extracción de bioproductos. Combinando la experiencia del laboratorio en biociencias con su know-how de fabricación, la tecnología demuestra el poder de la asociación.

"El desafío es generar un producto puro con un costo y energía relativamente bajos, "dijo Phil Laible, biofísico en la división de biociencias de Argonne e investigador principal del proyecto. "EZ Select es una forma muy eficaz de separar el producto de un entorno muy complejo, porque lo único que se adsorbe en su superficie es el producto que nos interesa fabricar ".

En la fabricación de bioproductos, se seleccionan diferentes microorganismos para crear productos específicos, cada uno cultivado usando una solución diferente de medio de crecimiento que consiste en nutrientes y sales. La "sopa" que esto produce incluye no solo el producto, pero subproductos del procesamiento, como partículas y emulsiones que hacen que el producto sea más difícil de extraer.

Debido a que la complejidad de los medios de cultivo y la sopa cambia de bioproducto a bioproducto, el equipo necesitaba la experiencia tanto de biocientíficos como de expertos en aplicaciones para crear un material que pudiera modificarse o "ajustarse" para trabajar con diferentes químicas.

Ese material es un xerogel, un material nanoestructurado altamente poroso cuyos tamaños de poros se pueden modificar mediante micelas, o lípidos, que crean el poder de fregado activo en los detergentes. La capacidad de ajustar aún más EZ Select utilizando aditivos proporciona un control casi completo de la porosidad, dijo Laible.

"Nuestra capacidad para sintonizarlo significa que podemos cambiar los grupos funcionales químicos en la superficie para atraer un tipo particular de molécula y excluir a otras". "añadió Ed Barry, científico de aplicaciones para la división de Materiales Aplicados de Argonne y miembro del equipo EZ Select.

Otro beneficio de usar EZ Select en biofabricación es su efecto neutral sobre los organismos encargados de crear el producto final. En algunos esquemas de bioproducción, la sobreconcentración del bioproducto puede ralentizar o detener el proceso de fermentación, resultando en rendimientos más bajos.

"Si lo piensas en términos de producción de vino, por ejemplo, cuando se alcanza una cierta concentración de alcohol, luego el organismo - levadura, en este caso, deja de convertir las uvas en vino, "explicó Barry." Entonces, la capacidad de usar algo como EZ Select para eliminar selectivamente el producto de modo que no anule la funcionalidad del organismo permite que el proceso continúe, produciendo un mayor rendimiento de alcohol ".

Parece un rollo gigante de toallas de papel empapadas, EZ Select puede adsorber hasta ocho veces su masa y reutilizarse decenas de veces. También se puede dimensionar para satisfacer las necesidades de adsorción de cantidades específicas de producto. Solo un gel del tamaño de un cartón de leche de medio galón se puede reutilizar varias veces en un proceso de cien litros.

"Puede llenarlo con producto y luego, con solo una simple compresión, quitar el producto del material, que luego regresa al proceso para ser reutilizado. Ese es el poder de eso "según Laible. EZ Select mejora los procesos de biofabricación al integrar procesos de producción y separación para mejorar tanto la productividad como la sostenibilidad.

Dada su capacidad de sintonización a nivel molecular, el potencial de EZ Select es ilimitado. A diferencia de atraer producto, en su lugar, puede usarse para capturar medios y procesar impurezas que inhiben la conversión microbiana, haciendo más eficiente el proceso de biofabricación. Y los investigadores lo ven como una tecnología de plataforma que es prometedora para una gran cantidad de aplicaciones diferentes.

"La capacidad de adsorber cosas específicamente a partir de mezclas relativamente complejas ilustra su propensión a usarse como absorbente para una amplia gama de aplicaciones, ", dijo Barry." Creo que su especificidad abre otros usos potenciales para EZ Select en aplicaciones de recuperación de metales pesados ​​y captura de gas, como CO ₂ adsorción."