Gázfázisú biokatalízis

Átírás

1 Gázfázisú biokatalízis Szerző: Papp Lejla, Biomérnöki B.Sc. I. évfolyam Témavezető: Dr. Tóth Gábor, tudományos munkatárs Munka helyszíne: PE-MK, Biomérnöki, Membrántechnológiai és Energetikai Kutató Intézet A katalizátorok olyan anyagok, melyek felgyorsítják a reakciókat anélkül, hogy ők maguk a reakció következtében átalakulnának. A biológiában a legegyszerűbb biokatalizátor az enzim, ami egy katalitikus sajátságokkal rendelkező fehérje. Ezek természetes úton kialakított fehérjék, amik a sejten belüli fiziológiai körülmények között végrehajtott biofolyamatok lebonyolítását végzik. Az enzimek ipari szerepe, elsősorban a specifikus reakciók kivitelezésére a finomkémiai, gyógyszeripari és biotechnológiai reakciókban jelentősen felértékelődött. Az enzimkatalitikus reakciók előnye, hogy segítségükkel csökkenthető a rendszer komplexitása és egyszerűsödhet a rendszer optimalizálása is (pl. változtatható enzim és szubsztrát koncentráció, ko-szubsztrát és oldószer adagolása/változtatása, ph és hőmérséklet változtatása). Továbbá az enzimes reakciók végterméke nagyobb tisztasággal rendelkezik, ugyanis nem kell számolni olyan melléktermékek és metabolitok jelenlétével, amik megnehezítik a termékelválasztást. A kutatómunka célja, a metanol biokatalitikus szintézise szén-dioxidból, gázfázisú bioreakció nyomon követése és kinetikai jellemzése. Ennek első lépése a szükséges szakirodalmi háttér áttekintése, feldolgozása, mely elsősorban magába foglalja az enzimek jellemzését, felépítését, laboratóriumi és ipari alkalmazását, felhasználási, valamint az enzim hatékonyságának növelési lehetőségeit. A gyakorlati kutatómunka többek között magába foglalja az alapvető laboratóriumi munkavégzés elsajátítását, valamint a célkitűzésként meghatározott gázfázisú reakciók nyomon követésére alkalmas analitikai berendezések és eszközök megismerését. Kulcsszavak: biokatalízis, enzim, bioreakció

2 Biomassza degradatív extrakciójának vizsgálata Szerző: Molnár Mihály Elek (Vegyészmérnök, 2. évfolyam) Témavezető: Dr. Holló András, tanszékvezető, egyetemi docens, Gergó Péter, tanszéki mérnök Munka helyszíne: VMFI-MK, Vegyészmérnöki és Folyamatmérnöki Intézet MOL Ásványolaj- és Széntechnológiai Intézeti Tanszék A kőolajipar azon iparágak közé tartozik, melyek az egyik legnagyobb hatást gyakorolják a világgazdaságra, a világpolitikára és a Föld éghajlatára. A kőolajkészletek végessége, a fehéráruk iránti növekvő igény és a környezetvédelmi előírások szigorodása különféle alternatív megoldások alkalmazását teszik szükségessé. Az alternatív motorhajtóanyagok előállításának egyik lehetséges útja a biomassza feldolgozás, ennek egyik új feldolgozási lehetőségét jelentheti a degradatív extrakció. Az eljárás során különböző biomassza eredetű alapanyagok (szalma, fa apríték, stb.), különböző oldószerekkel végzett magas hőmérsékletű ( C) bontása és extrakciója történik meg. Az így előállított termékek kis víztartalommal rendelkeznek, elégetésükkel kevesebb hamu keletkezik, átlagos molekulatömegük 300 g/mol körül mozog, valamint a kisebb heteroatom tartalmuk miatt jó motorhajtóanyag keverőkomponensek lehetnek tovább feldolgozás után. A TDK munka során irodalmi összefoglalót kell készíteni a degradatív extrakció területén elért eddigi eredményekről. Fel kell mérni Magyarország és a régió potenciális alapanyagait. Meg kell határozni az elérhető és legkedvezőbb oldószerek listáját. Ezt követően kísérleti munka során össze kell állítani olyan készüléket, ami alkalmas a fenti kísérletek elvégzésére. A szakirodalmi utalások alapján, viszonylag egyszerű berendezésben megvalósítható a reakció. Meg kell határozni a termék minősítésére szolgáló analitikai módszereket. Összességében tanulmányozni kell különböző alapanyagok, műveleti paraméterek és extraháló szerek hatását a végtermék minőségére. Javaslatot kell tenni az alkalmazhatóságukra. Kulcsszavak: biomassza, hulladék, degradatív extrakció, motorhajtóanyag.

3 Folyadékmembránok alkalmazása gázok szeparációjában Szerző: Horváth Sára, Biomérnök, B.Sc. I. évfolyam Témavezető: Dr. Nemestóthy Nándor, egyetemi docens Munka helyszíne: PE-MK, Biomérnöki, Membrántechnológiai és Energetikai Kutató Intézet Gáz halmazállapotú rendszerek elválasztására membrános műveleteket fogunk alkalmazni, s ezek előnyös tulajdonságaik miatt egyre gyakoribbá is fognak válni. A kutató munka során gázokat fogunk szeparálni ún. támasztóréteges folyadék membránok segítségével. A kurzus folyamán meg ismerkedem majd a membrános műveletek, s azon belül a folyadék membrános technikák alapjaival, a támasztóréteges membránok laboratóriumi előállítási módjaival, a szeparáció nyomon követésére alkalmas analitikai módszerekkel. A végső cél, hogy elsajátítsuk miként lehetséges az előállított folyadék membránok permeábilitásának és szelektivitásának tesztelését elvégezni tiszta gázokkal és gázelegyekkel. Eddigi munkám során megismertem néhányat az alapvető biomérnöki műveletek közül. Olyanokat, mint például a sterilezés módszerei, és - eszközei, tápközegek készítése, átoltás és törzsfenntartás. A jövőben folytatni fogom az ismerkedést ezekkel az alapvető műveletekkel, illetve elkezdek foglalkozni a folyadékmembránokkal is. Kulcsszavak: membrán, folyadékmembrán, laboratórium

4 Bioüzemanyagok előállításának és üzemanyagcellákban való alkalmazásának vizsgálata Szerző: Takács Piroska, Biomérnöki B.Sc. II. évfolyam Témavezető: Dr. Nemestóthy Nándor, egyetemi docens Munka helyszíne: PE-MK, Biomérnöki, Membrántechnológiai és Energetikai Kutató Intézet Az elektromos energia előállításának számos módja létezik, szakmai munkám során a tüzelőanyag cellák ilyen célú alkalmazását vizsgálom. Az üzemanyagcellák általános működési elvének lényege, hogy szelektív membránokkal elválasztott térben égés történik, az elektronátmenet pedig egy külső hálózaton keresztül zajlik, így az elektronok munkáját hasznosíthatjuk. Kutatásom során a tüzelőanyag-cellák két típusát, a hidrogén PEM cellát és a direkt etanolos tüzelőanyag cellát vizsgálom meg és hasonlítom össze hatékonyság szempontjából, amely rávilágíthat a bennük rejlő innovációs lehetőségekre. A hatékonyság növelése mellett fontos, hogy az energiatermelés során környezetbarát nyersanyagokat használjunk fel, ezért az irodalmi áttekintésben a bioetanol és a biohidrogén előállításának lehetséges módjaira is kitérek, valamint a hidrogén mikroorganizmusok által történő előállítására irányuló kísérleteket végzek. Kulcsszavak: elektromos energia, üzemanyagcella, környezetbarát előállítás

5 Különböző paraméterek hatása a mikroalga aminosav tartalmára Szerző: Gorgosilits Kata Krisztina, Vegyészmérnöki M.Sc. II. évfolyam Témavezető:Bocsi Róbert, tanársegés Munka helyszíne: PE-MK, Vegyészmérnöki és Folyamatmérnöki Intézet, Vegyipari Műveleti Intézeti Tanszék A mikroalgák jelentős szerepet játszottak az atmoszféra kialakításában, Földünk oxigénkészletének mintegy 90 %-át ma is az algák termelik. Emellett egyre gyakrabban alkalmazzák őket táplálék kiegészítőként, hiszen nagyon sok tápanyagot tartalmaznak, melyek nélkülözhetetlenek számunkra (esszenciális zsírsavak, aminosavak, vitaminok, ásványok, flavonoidok). Különböző algafajokban más-más ezen tápanyagok aránya, mennyiségüket számos tényező befolyásolja. Munkám során különböző tápoldattal kezelt különféle algafajok aminosav tartalmát vizsgáltam. Ehhez a leszüretelt algákat szárítás és őrlés után savas hidrolízisnek vetettem alá, hogy a fehérjetartalma aminosavakra bomoljon. Ezután megmértem az aminosav tartalmakat a különböző mintában, így meg tudtam vizsgálni a különböző tápoldatok és szüretelési időpontok aminosav-tartalomra való hatását. Kulcsszavak: mikroalga, aminosav-tartalom, optimalizálás

6 Egycellás mikrobiális elektrolizáló cella vizsgálata Szerző: Varga Regina (Biomérnök BSc., III. évfolyam) Témavezető: Bélafiné Dr. Bakó Katalin, Intézetigazgató Rózsenberszki Tamás, PhD hallgató Munka helyszíne: PE-MK, Biomérnöki, Membrántechnológiai és Energetikai Kutató Intézet Növekvő energiaigényünk kielégítésére legfőbb energiaforrásként fosszilis tüzelőanyagokat használunk, ez azonban számos fenntarthatósági és gazdasági problémával jár. Napjainkban tehát a megújuló energiaforrások alkalmazása egyre inkább előtérbe kerül. Ide sorolhatóak a biomassza alapú eljárások, melyek végterméke a biohidrogén is lehet. A hidrogén magas gravimetrikus energiatartalma és széleskörű felhasználhatósága miatt a jövő egyik ígéretes lehetősége. Kutatásom során, egy már működő bioelektrokémiai rendszert alakítottam át egy mikrobiális elektrolizáló cellává (MEC). A MEC esetében a hidrogén képződéshez szükséges elektromos áram egy részét speciális mikroorganizmusok segítségével pótoljuk. Ezek az úgynevezett exoelektrogén baktériumok képesek a szerves anyagok (pl.: biomassza) lebontásával elektronok felszabadítására. A MEC kialakítását tekintve általában kétkamrás berendezés, azonban munkám során anaerob egy kamrás rendszert alakítottam ki. Ebben az esetben, egy térbe került az elektrolízisben résztvevő anód és katód. Fő célom egy stabil, működő rendszer kialakítása volt, mivel tudomásunk szerint Magyarországon ezzel a típusú rendszerrel még nem történtek ilyen jellegű kutatások. Kulcsszavak: hidrogén, exoelektrogén mikroorganizmus, elektrohidrogenezis, MEC

7 Sejtfelszíni elektromos töltés vizsgálata tenyésztett agyi endotélsejteken Szerző: Horányi Nóra, Molekuláris bionika mérnöki B.Sc. IV. évfolyam Témavezető: Dr. Deli Mária, tudományos tanácsadó Munka helyszíne: MTA Szegedi Biológiai Kutatóközpont, Biofizika Intézet Az agyi endotélsejtek felszínén található glikokalix része a vér-agy gát védelmi rendszerének és befolyásolja az agyba való anyagbejutást. A glikokalix összetételére, szerepére és betegségekben való megváltozására vonatkozó kutatások az elmúlt tíz évben előtérbe kerültek. Azonban nem állnak rendelkezésre olyan adatok, amelyek az érendotél, és különösképpen az agyi mikroerek glikokalix mennyiségének és a sejtek felszíni töltésének változását közvetlen mérésekkel vizsgálták volna. Munkánk célja ezért agyi endotélsejtek felszíni töltésének közvetlen mérése volt, illetve annak vizsgálata, hogy hogyan változik a felszíni töltés és az endotélsejtrétegek permeabilitása a glikokalix enzimes emésztése után. Kísérleteink során D3 humán agyi endotélsejtvonalat és primer patkány agyi endotélsejt tenyészeteket használtunk. A glikokalix mennyiségét neuraminidáz, hialuronidáz és tripszin enzimekkel csökkentettük, amit fluoreszcensen jelölt búzacsíra lektin kötődéssel vizsgáltunk. Az agyi endotélsejtek felszíni töltését Malvern Zetasizer Nano ZS műszerrel mértük. A gátműködést tenyésztő betéteken létrehozott agyi endotélsejtrétegeken fluoreszcens jelzőmolekulák, dextrán és Evans kék-albumin komplex átjutásával vizsgáltuk. Sikerült megmérni az agyi endotélsejtek felszíni töltését, amely erősen negatív, enzimes emésztést követően ennek abszolút értéke jelentősen csökkent. Mindhárom enzim emésztette a glikokalixot, és csökkentette a lektin kötődést. Ugyanakkor, a kezelés nem befolyásolta a jelzőanyagok sejtrétegeken való átjutását, kivéve a tripszin esetén, ahol ez megnövekedett. Eredményeink alapján elmondhatjuk, hogy sikerült humán és patkány agyi endotélsejteken megmérni a felszíni negatív töltést, amely nagymértékben a glikokalixot alkotó molekulák töltéséből származik. Mindhárom enzim emésztette a glikokalixot, és csökkentette a lektin kötődést is. További terveink között szerepel a felszíni glikokalix töltésének pozitív töltésű anyagokkal való módosítása, illetve különböző töltésű jelzőanyagok permeabilitásának vizsgálata. Kulcsszavak: vér-agy gát, agyi endotélsejt, glikokalix, felszíni töltés, permeabilitás