Läpimurto ligniinitutkimuksessa: pallomaiset partikkelit moninkertaistivat entsyymien tehokkuuden
Aalto-yliopiston ja Yorkin yliopiston tutkijat ovat onnistuneet muodostamaan ligniinipartikkeleista vettä hylkivän komposiittirakenteen, jossa entsyymit eli biokatalyytit saadaan erotettua niitä ympäröivästä vedestä. Läpimurto syntyi havainnosta, että yksittäisten ligniinipartikkelien pintavarausta säätelemällä entsyymit saadaan tarttumaan niiden pintaan. Merilevästä eristetty luonnollinen polymeeri toimi rakennetta tukevana materiaalina.
Tutkimus lähti tarpeesta hyödyntää selluteollisuuden sivuvirtana syntyvää ligniiniä uusissa suuren mittakaavan kohteissa. Tutkijoiden yllätykseksi ligniinipartikkelit lisäsivät entsyymien aktiivisuuden moninkertaiseksi verrattuna samaan entsyymiin ilman ligniinipartikkeleita ja mahdollistivat niiden kierrätyksen synteettisessä reaktiossa, joka ei ilman komposiittirakennetta olisi ollut mahdollinen vedessä. Reaktiossa biopolttoaineen tuotannosta saaduista alkoholista ja orgaanisesta haposta syntyi veteen liukenematonta, ananaksen tuoksuista esteriä. Menetelmä avaa uusia mahdollisuuksia myös bioperäisten polyesterien valmistukseen.
”Verrokkina toimiva kaupallinen entsyymi on kiinnitetty fossiilisista raaka-aineista valmistetun synteettisen akryylihartsin pintaan. Nyt kehitetyn biokatalyytin aktiivisuus oli siihen nähden parhaimmillaan kaksinkertainen”, kertoo tutkijatohtori Mika Sipponen. ”Menetelmän hienous on sen yksinkertaisuus ja skaalattavuus. Ligniinipartikkelien valmistus onnistuu jo nyt useiden kilogrammojen erissä. Toivomme tietenkin, että entsyymiteollisuus saa tästä kestävän vaihtoehdon fossiilisten materiaalien korvaamiseen teknisissä sovelluksissa”, Sipponen sanoo.
”Olemme iloisia, kun monen vuoden panostus ligniinipartikkelitutkimukseen alkaa tuottaa merkittäviä tuloksia. Näemme pallomaisille partikkeleille lukuisia hyödyntämismahdollisuuksia vihreän kemian prosessien ja uusien materiaalien kehityksessä”, tutkimusta ohjannut professori Monika Österberg täydentää.
Tutkimusta on rahoittanut Suomen Akatemia.
Artikkeli “Spatially confined lignin nanospheres for biocatalytic ester synthesis in aqueous media” on julkaistu tänään Nature Communications -lehdessä, DOI 10.1038/s41467-018-04715-6, https://www.nature.com/articles/s41467-018-04715-6
Lisätietoja:
TkT Mika Sipponen
mika.sipponen@aalto.fi
p. 0503013978
Prof. Monika Österberg
monika.osterberg@aalto.fi
p. 0505497218
Lue lisää uutisia
VTT, Aalto-yliopisto ja GTK: Näin mineraalitalouden miljardien kasvupotti saadaan Suomeen
Suomi nousee mineraalitalouden kärkeen uusilla tutkimusavauksilla ja tiiviimmällä yhteistyöllä.
Merkittävä lahjoitus tie- ja päällystetekniikan tutkimukseen ja koulutukseen
Alan yritykset ja yhdistykset lahjoittivat yli 400 000 euroa Insinööritieteiden korkeakoululle.
“Mesoskaalan” uimarit voivat avata tien kehon sisäisille lääkeroboteille
Tutkijat ovat selvittäneet, miten pienet eliöt rikkovat fysiikan lakeja uidakseen nopeammin. Löytö voi auttaa esimerkiksi lääkkeitä annostelevien robottien kehittämisessä.