Collaborative Research: pH-Responsive capsules for Enhanced Delivery and Recovery of Cellulases for Biomass Hydrolysis

合作研究:用于增强生物质水解纤维素酶输送和回收的 pH 响应胶囊

基本信息

  • 批准号:
    0966526
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 20.1万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2010
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2010-07-15 至 2014-05-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

0966526MinkoEffective, efficient, and economical conversion technologies are needed to meet the potential of using biobased feedstocks to produce liquid fuels and other high-value chemicals. Enzymatic hydrolysis of plant cell wall structural carbohydrates into soluble and fermentable sugars has been technically achievable for decades. Despite significant advances in the past five years, the economical production and use of cellulase enzymes for biomass hydrolysis remain key hurdles. This is true whether one is seeking hydrocarbons or economical cellulosic ethanol. The key to conquering these obstacles according to the collaborating PIs Minko of Clarkson University in Potsdam, NY and Voronov and Pryor of North Dakota State University at Fargo rests in placing the enzymes in nanostructured capsules. These carefully designed and fabricated, hybrid organic-inorganic microcapsules are loaded with a cocktail of cellulase enzymes for the conversion of cellulose into fermentable glucose. These unique capsules protect the enzymes and preserve their activity, allow for a simple reuse/recovery process for the enzymes, and provide an opportunity to regulate enzymatic reactions using external signals, such as pH. This enzyme recovery and reuse, facilitated through the encapsulation process and magnetic separation, are expected to have significant impacts on processing costs to produce biomass-derived sugars. The PIs plan to create a website as a means of sharing data and plans between the research groups at the two universities, and to allow public access to follow aspects of the project. They intend to utilize REU opportunities and high school researchers as a part of their outreach efforts. This is a challenging project for all of the researchers. There are many synthetic chemistry components that all must come together in the fabrication of the encapsulated enzymes. The successful development of reversible encapsulation technology for applications of enzymes would have far-reaching implications in a number of industrial processes and would constitute a significant advance in the field.
0966526需要使用生物燃料的原料来生产液态燃料和其他高价值化学品的潜力,需要进行赋粉,高效和经济的转换技术。数十年来,植物细胞壁结构性碳水化合物的酶促水解在技术上一直是可以实现的。尽管在过去五年中取得了重大进展,但纤维素酶用于生物质水解的经济生产和使用仍然是关键障碍。无论是寻求烃还是经济的纤维素乙醇,都是如此。根据位于纽约州波茨坦的克拉克森大学的PIS Minko的合作,征服这些障碍的关键,纽约州的Voronov以及Fargo北达科他州立大学的Pryor放置在纳米结构的胶囊中。这些精心设计和制造的杂化有机无机微胶囊装有纤维素酶酶的鸡尾酒,以将纤维素转化为可发酵葡萄糖。这些独特的胶囊保护酶并保留其活性,允许对酶进行简单的再利用/恢复过程,并提供了使用外部信号(例如pH)调节酶促反应的机会。通过封装过程和磁分离促进的这种酶恢复和再利用预计将对加工成本产生重大影响,以生产生物质衍生的糖。 PIS计划创建网站,以作为两所大学研究小组之间共享数据和计划的手段,并允许公众访问遵循项目的各个方面。他们打算利用REU机会和高中研究人员作为外展工作的一部分。对于所有研究人员来说,这都是一个具有挑战性的项目。在封装酶的制造中,必须将许多合成化学成分组成。成功开发可逆的封装技术用于应用酶的应用将在许多工业过程中具有深远的影响,并且在该领域将构成重大进步。

项目成果

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  • 通讯作者:
    Sergiy Minko

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