Kljub rastoči prisotnosti mikro tehnologije v kemijski sintezi, proizvodnji energije ter na področju biomedicinskih naprav, analitičnih in diagnostičnih orodij, potencial le-te v biokatalitičnih procesih farmacevtskih in finih kemikalij, ter z njimi povezane industrije, še ni v celoti izkoriščen. Namen tega pregleda je osvetlitev strateških prednosti te obetavne tehnologije za razvoj in izvedbo biokatalitičnih procesov in nadaljnjih korakov obdelave produkta, kar je podprto s primeri iz literature. Predstavljene so omejitve, priložnosti in prihodnji obeti za izvedbo teh ključnih zelenih inženirskih metod in vloga podpornih orodij, kot so matematični modeli, pri vzpostavitvi trajnostnih proizvodnih procesov.
COBISS.SI-ID: 1536258243
Naravne organske snovi v pitni vodi so lahko problematične, saj se pri pripravi pitne vode s klorom in njegovimi spojinami lahko tvorijo številni, zdravju škodljivi produkti. V raziskavi smo kot naravno organsko snov uporabili huminsko kislino, ki je običajno prisotna kot vir raztopljenega organskega ogljika (DOC) v pitni vodi. Potrdili smo uporabnost hidrodinamične kavitacije za odstranjevanje DOC, predvsem pri nizkih razmerjih uporabljenih oksidantov in nizki UV absorbanci vzorcev. Izkazalo se je, da je v primeru naprednih oksidacijskih procesov in njihovi kombinaciji s hidrodinamično kavitacijo potrebno posvetiti posebno pozornost nastanku morebitnih stranskih produktov dezinfekcije.
COBISS.SI-ID: 1537341379
Preučevana je bila encimska aldolna reakcija katalizirana z DERA (2-deoksiriboza-5-fosfat aldolaza). Reakcija med acetiloksiacetaldehidom/acetaldehidom in kloroacetaldehidom/acetaldehidom v prisotnosti encima DERA proizvaja kiralne laktolne intermediate, ki so uporabni v sintezi optično čistih superstatinov. Eksperimentalni pristop je bil oblikovan z namenom študije šaržnih in polšaržnih reakcijskih pogojev ob dodajanju različnih količin uporabljenih reaktantov. Predlagan je bil tristopenjski kinetični model, ki je vključeval nastanek intermediatnega produkta, sintezo želenega glavnega produkta in sintezo stranskega produkta v paralelni neželeni sekundarni reakciji. V oblikovani kinetični model je bila vključena tudi inaktivacija encima povzročena s strani reaktantov. Oblikovanje kinetičnega modela je temeljilo na bisubstratni vezavi ob predpostavki naključnega mehanizma. Razvoju kinetičnega modela je sledilo določanje kinetičnih parametrov z nelinearno metodo najmanjših kvadratov, dokler ni bila dosežena minimalna razlika med eksperimentalnimi in izračunanimi podatki. Najvišja koncentracija želenega glavnega produkta je bila dosežena v primeru polšaržnih eksperimentov ob uporabi takšnega režima dodajanja reaktantov v reakcijsko mešanico, da je bila njihova koncentracija čim nižja, kar je vodilo do nižjih izgub v aktivnosti encima. Pridobljeni kinetični parametri kažejo na enako inaktivacijsko konstanto za reaktanta acetiloksiacetaldehid in acetaldehid, medtem ko je bila vrednost v primeru kloroacetaldehida bistveno višja. V naši vednosti gre za prvi razviti kinetični model, ki opisuje DERA katalizirano reakcijo 2-substituiranih acetaldehidov v ustrezne laktole. Pridobljeni kinetični model se lahko uporabi pri nadaljnjem razvoju reaktorjev z namenom optimiziranja procesa z znižanjem padca encimske aktivnosti in doseganja višjih količin želenega glavnega produkta.
COBISS.SI-ID: 1752623
Razvili smo matematični model, ki obsega transportne pojave in encimsko katalizirano reakcijo izvedeno na notranjih stenah kontinuirnega mikroreaktorja s površinsko imobilizirano transaminazo. Orientirano imobilizacijo encima nam je omogočila uporaba sklopnega proteina N-SBM-ATA-wt, ki vsebuje ω-transaminazo ATA-wt in pozitivno nabiti Zbasic2 člen, ki vzpostavi ionsko interakcijo s stekleno površino mikrokanala. Encimsko katalizirano transaminacijo metilbenzilamina in piruvata v acetofenon in L-alanin smo opisali s površinskim “ping-pong bi-bi” mehanizmom reakcije. Parametre reakcije smo predhodno določili v šaržnem sistemu z uporabo različnih začetnih koncentracij substratov in jih uporabili pri opisu površinske reakcije.
COBISS.SI-ID: 1537316803
Kapljično osnovana ekstrakcija tekoče-tekoče je bila teoretično in eksperimentalno preučevana v mikrokanalu. Razvit je bil popoln 3D matematični model, ki vključuje konvekcijo in difuzijo v vseh prostorskih smereh, skupaj s hitrostnim profilom, in opisuje prevladujoče transportne karakteristike kapljične mikrofluidike. Za reševanje nabora diferencialnih enačb je bila uporabljena najpogostejša simulacijska tehnika na makro nivoju – metoda končnih elementov, upoštevajoč ohranitev momenta, mase in koncentracije topljenca v dvo-domenskem sistemu povezanim z medfazno površino na kapljicah osnovanega tokovnega vzorca. Model je bil numerično preverjen in potrjen s spremljanjem koncentracij topljenca v dveh fazah znotraj mikrokanala. Relativni koncentracijski profili azobenzena v metanol/n-oktan dvofaznem sistem so bili določeni s spektroskopijo termičnih leč (TLM) vezanih na mikrofluidni sistem, kar je dalo rezultate z visoko prostorsko in časovno ločljivostjo. Doseženo je bilo zelo dobro ujemanje med izračunanimi vrednostmi in eksperimentalnimi podatki brez uporabe postopka fitiranja modelnih parametrov.
COBISS.SI-ID: 1536245187