Een duurzame chemische scheidingsmethode die gebruik maakt van membranen, microalgen en kunstmatige intelligentie is ontwikkeld door een team van verschillende KAUST-groepen waarvan de leden verschillende specialiteiten hebben op het gebied van bio-engineering, membranen en hergebruik en recycling van water.

Dergelijke op membranen gebaseerde continue scheidings- en concentratieprocessen zullen helpen om het volledige potentieel van microbiële chemische productie te realiseren voor gebruik in de geneeskunde en de industrie.

"Het voordeel van onze methode is dat producten continu kunnen worden geëxtraheerd uit vloeibare microbiële culturen, zoals microalgen, in een proces dat bekend staat als 'melken', in plaats van moeizaam te worden geëxtraheerd uit de biomassa aan het einde van een batchcultuur", zegt postdoc. en eerste auteur Sebastian Overmans.

Microalgen zijn eencellige fotosynthetische microben die van nature veel nuttige chemicaliën produceren. Ze kunnen ook genetisch worden gemanipuleerd om andere speciale moleculen uit te scheiden. Algen worden steeds vaker ingezet als duurzame en milieuvriendelijke biofabrieken, maar het scheiden van de kostbare moleculen is een uitdaging.

Dit project demonstreerde een energiezuinige en efficiënte manier om deze producten te oogsten en te concentreren. Dit proces is duurzamer dan andere scheidingsprocessen omdat het weinig energie kost, de microben op afvalstoffen kunnen worden gekweekt en het moleculaire concentratieproces geen afval oplevert.

Het systeem is gebaseerd op een membraan opgebouwd uit holle microvezels dat de kweekvloeistof die microalgen bevat scheidt van een oplosmiddel waar het gewenste product zich ophoopt. Het product wordt vervolgens verder gescheiden en geconcentreerd met behulp van andere gespecialiseerde membranen die zijn geselecteerd en ontworpen door kunstmatige intelligentie, waardoor het oplosmiddel kan worden gerecycled zonder verlies aan het systeem.

Het team demonstreerde het potentieel van hun techniek door continu patchoulol te extraheren, een stof die veel wordt gebruikt in de parfumerie. Deze membraancombinaties kunnen ook worden toegepast op vele andere speciale chemicaliën.

"De ontwikkeling van het winningsproces was volledig nieuw terrein", zegt Overmans.

"Dit is opwindend", stelt biotechnoloog Kyle J. Lauersen, "omdat het zou kunnen worden geïmplementeerd in grootschalige biofabrieken met behulp van een verscheidenheid aan microben, niet alleen algen, om afval om te zetten in waardevolle producten."

Chemisch ingenieur Gyorgy Szekely voegt eraan toe dat de onderzoekers de kunstmatige intelligentie-tools en machine learning-mogelijkheden van KAUST hebben gebruikt om de ontwikkeling en verfijning van het membraanproces te begeleiden.

De volgende stap is het demonstreren van opschaling naar industrieel niveau. Het team is ook van plan membranen met grotere oppervlakten te ontwikkelen en het gebruik van verschillende algenstammen te onderzoeken om veel meer interessante verbindingen te produceren.

Het onderzoek is gepubliceerd in Green Chemistry . + Verder verkennen

Garnalenschalen gebruiken om betere composietmembranen te construeren