A indústria consome grandes quantidades de petróleo bruto para produzir substâncias básicas para medicamentos, cosméticos, plásticos, ou comida. Contudo, esses processos consomem muita energia e produzem resíduos. Os processos biológicos com enzimas são muito mais sustentáveis. As moléculas de proteína podem catalisar várias reações químicas sem a necessidade de materiais auxiliares ou solventes. Mas eles são caros e, portanto, têm sido economicamente pouco atraentes até agora. Pesquisadores do Karlsruhe Institute of Technology (KIT) desenvolveram um novo biomaterial que facilita consideravelmente o uso de enzimas. Os resultados são apresentados na revista Angewandte Chemie .

Os catalisadores garantem uma reação rápida das substâncias básicas ao produto final desejado com baixo consumo de energia. Portanto, eles são de grande importância para a indústria química. Em cerca de 90 por cento de todos os processos químicos, catalisadores são aplicados. Os cientistas do KIT desenvolveram um biomaterial alternativo ecologicamente correto, cuja utilização está associada a um consumo reduzido de energia. "A longo prazo, tais materiais biocatalíticos devem ser usados ​​na produção automática de compostos básicos de valor agregado, sem síntese complexa e etapas de limpeza e com uma quantidade mínima de resíduos resultantes, "diz o professor Christof Niemeyer, do Instituto de Interfaces Biológicas do KIT.

Para este propósito, os cientistas modificaram enzimas naturais de modo que elas se auto-organizem em um biocatalisador estável. Semelhante a um adesivo de dois componentes, as enzimas formam um material do tipo gel. Este material é aplicado em cavacos de plástico com depressões em forma de ranhura. A secagem leva à concentração e formação do hidrogel. Então, este chip é coberto por uma folha de plástico e as substâncias básicas podem ser bombeadas através das ranhuras e convertidas nos produtos finais desejados pelos biocatalisadores. O gel biocatalisador permanece. Sem solventes ou altas temperaturas e pressões são necessários, o que torna o processo altamente sustentável e ambientalmente compatível.

Como existe um grande volume de reação no menor espaço, as taxas de conversão em tais reatores de fluxo miniaturizados ou pequenos vasos de reação são muito altas. Seu uso em processos biocatalíticos, Contudo, ainda está em sua infância, como materiais de transporte foram necessários até agora para fixar as enzimas no reator. Esses transportadores precisam de espaço no reator que não está mais disponível para o biocatalisador. O novo biomaterial, por contraste, adere ao transportador e o reator pode ser preenchido com uma quantidade máxima de biocatalisador. Além disso, pode ser reciclado completamente, é biodegradável, altamente estável, e atinge rendimentos extremamente altos em reações, para o qual são necessários materiais auxiliares caros.

Em comparação com materiais químicos, biocatalisadores são particularmente vantajosos quando os chamados enantiômeros são produzidos por um processo. Esses são compostos que são imagens espelhadas uns dos outros. Como uma regra, apenas um dos compostos é necessário para a reação, o segundo pode até ter efeitos indesejáveis. Com a ajuda de biocatalisadores, a produção específica de um de ambos os compostos é possível, ao passo que os processos químicos freqüentemente requerem materiais auxiliares caros para este propósito ou a separação do composto indesejado.

O trabalho foi realizado no âmbito do Programa Helmholtz "BioInterfaces em Tecnologia e Medicina" (BIFTM). “Nosso trabalho de pesquisa e desenvolvimento só foi possível com os equipamentos e infraestrutura deste programa, "diz Christof Niemeyer. No âmbito deste programa, Os cientistas do KIT cooperam entre disciplinas para estudar e usar sistemas biológicos para posterior aplicação nos setores de bioengenharia médica e industrial. A alta interdisciplinaridade requer amplo conhecimento metodológico, cobrindo a produção e caracterização de materiais, bem como métodos de simulação baseados em dados. Esse know-how está disponível no KIT.