Poli(vinil-alkohol) alapú prekurzorok optimalizálása enzimcsapdázásra alkalmas nanoszálak előállítására

A kutatómunkánk célja átfogó tanulmányt készíteni a kereskedelemben kapható különböző molekulatömegű és hidrolizáltsági fokú poli(vinil-alkohol) (PVA) alapanyagokból előállítható eltérő koncentrációjú vizes prekurzor oldatok elektrosztatikus szálképezhetőségéről, mely során enzimrögzítésre alkalmas homogén átmérőeloszlású nanoszálas polimer-mátrix jön létre. A kísérletek során optimalizáltuk a szálképzés körülményeit (prekurzor összetétel, feszültség, kollektor-emitter távolság, adagolási sebesség), valamint részletesen vizsgáltuk a PVA fentebb felsorolt tulajdonságainak az előállított nanoszálas rendszerek morfológiájára, a prekurzor oldatok reológiai sajátságaira, valamint a gyártott polimer-mátrixba ágyazott model enzim ( Pseudomonas cepacia lipáz) biokatalitikus aktivitására gyakorolt hatását.

Az előállított nanoszálas struktúrák, valamint a rögzített biokatalizátorok morfológiáját pásztázó elektronmikroszkóppal jellemeztük. A fentebb említett paramétereknek, valamint az enzim hozzáadásának a prekurzor polimer oldat reológiai tulajdonságaira gyakorolt hatását rotációs viszkoziméterrel vizsgáltuk. A rögzített biokatalizátorok katalitikus aktivitását kinetikus reszolválásban vizsgáltuk, mely során (R)-2-oktil-acetátot állítottunk elő vinil-acetát és racém-2-oktanol között lejátszódó enzimkatalizált átészterezésben. A legaktívabb szálas katalizátor-készítmények aktivitását megvizsgáltuk különböző eredetű friss és használt növényi olajok biokatalizált metanolízisében, etanolízisében és propanolízisében, mellyel jóminőségű bioüzemanyagot állítottunk elő.

Munkánk során sikerrel állítottunk elő a célkitűzésben megfogalmazott tulajdonságokkal rendelkező egységes, homogén nanoszálas szerkezetű mátrixokat. Megállapítottuk a szálképzés prekurzor oldatának előállításához felhasznált PVA molekulatömegének, hidrolizáltsági fokának, valamint a prekurzor oldat koncentrációjának hatását a szálmorfológiára. Feltérképeztük széles tartományban a PVA szálképezhetőségét, és megállapítottuk annak technológiai korlátait.

Sikerrel immobilizáltunk lipáz enzimet a kialakított nanoszálakba beágyazásos módszerrel. Vizsgáltuk az enzim prekurzor elegy béli jelenlétének hatását a szálszerkezetre.

A kinetikus reszolválási kísérletek eredményeiből kimutattuk, hogy a PVA hidrolizáltsági foka, molekulatömege és koncentrációja jelentősen befolyásolja a nanoszálba ágyazott lipáz biokatalitikus aktivitását.

A PVA prekurzorok mélyrehatóbb finomhangolásával várhatóan tovább javíthatók a biokatalitikus működés paraméterei. Mivel a nanoszálas PVA mátrixok kémiai és fizikai stabilitása alacsony, a továbbiakban megoldás lehet a polimerláncok keresztkapcsoló reagensekkel történő térhálósítása. Ez a megoldás csökkentené továbbá a katalizátor vízoldhatóságát, így lehetővé tenné, hogy a készítményt vizes közegben végrehajtott reakció katalíziséhez is felhasználjuk.

szerző

Tóth Gergő Dániel
Vegyészmérnöki mesterképzési szak, nappali MSc
mesterképzés (MA/MSc)

konzulensek

Dr. Balogh-Weiser Diána
adjunktus, Szerves Kémia és Technológia Tanszék
Dr. Hornyánszky Gábor
egyetemi docens, Szerves Kémia és Technológia Tanszék

helyezés

BME Egyetemi Hallgatói Képviselet II. helyezett