Läpimurto ligniinitutkimuksessa: pallomaiset partikkelit moninkertaistivat entsyymien tehokkuuden

Selluteollisuuden sivuvirtana syntyvällä ligniinillä voidaan korvata fossiilisia materiaaleja.
Reaktioastian pohjalla näkyvät biokatalyytit, jotka sisältävät pallomaisia ligniinipartikkeleita rakennetta tukevassa luonnollisessa polymeeriseoksessa, avaavat uusia mahdollisuuksia vedessä tapahtuville synteettisille reaktioille. Kuva: Valeria Azovskaya

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
[email protected]
p. 0503013978                                                          

Prof. Monika Österberg
[email protected]
p. 0505497218

Lisää tästä aiheesta

Syväoppimismenetelmä auttaa tunnistamaan diabeteksen aiheuttamia silmäsairauksia.
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Suomalaistutkijoiden kehittämä syväoppimismalli tunnistaa tarkasti diabeteksen aiheuttamia silmäsairauksia

Suomalaiset tekoälytutkijat ovat kehittäneet syväoppimismallin, josta voi olla merkittävää apua diabeteksen aiheuttamien silmäsairauksien tunnistamisessa.
Kansikuvat Verma ja Lee
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Hyvää suunnittelua vauvasta vaariin

Aalto ARTSin elokuun väittelijät ratkaisevat ongelmia eri käyttäjäryhmät huomioonottavilla suunnittelumetodeilla.
Mika Juuti studied the use of machine learning in information security for his dissertation.
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Tietoturvatutkijan täytyy osata ennakoida hyökkääjän seuraava askel

Tohtorikoulutettava Mika Juuti keskittyi väitöskirjassaan koneoppimisen hyödyntämiseen tietoturvajärjestelmissä.
Photoactive rod-like virus bundle schematic
Tiedotteet, Tutkimus ja taide, Yliopisto Julkaistu:

Virukset ja väriaineet voidaan valjastaa vedenpuhdistukseen

Aalto-yliopiston tutkijat kehittivät uuden tavan luoda viruspohjaisia materiaaleja. Tulevaisuudessa niitä voidaan hyödyntää muun muassa nanolääketieteessä ja ympäristöteknologiassa.
  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu