Sunresin-합성 생물학의 흡착 및 분리 기술 적용

1. 합성생물학이란 무엇인가

'제3의 생명공학 혁명'의 주요 운반체로 알려진 합성생물학은 21세기에 새롭게 떠오르는 학제간 분야입니다. 그 본질은 세포가 인간을 위해 일하도록 만들고 원하는 물질을 생산하는 것입니다. 이 기술을 이용하면 우리가 일상생활에서 접하는 많은 제품을 생물학적 방법을 이용해 합성할 수 있습니다.

합성생물학은 주로 생물학적 시스템의 설계, 구성 및 응용에 초점을 맞춘 새로운 학제간 분야입니다. 공학, 생물학 등 다양한 분야의 지식과 방법을 융합하여 생체분자, 생물학적 반응 등 자연계에 존재하는 생물학적 메커니즘과 기술을 활용하는 것을 목표로 합니다. 생물학적 시스템을 설계 및 구축하고 제어 가능한 유전자 조절 네트워크를 설계함으로써 세포 내 분자 수준에서 체계적인 생물학적 조절을 달성합니다.

2. 탄소 중립 달성에 있어서 합성 생물학의 큰 잠재력

합성 생물학적 제조는 유망한 녹색 생산 방법이며, 지구 온난화와 여러 국가의 탄소 중립 제안으로 인해 의심할 여지 없이 잠재적인 최적 솔루션 중 하나가 되었습니다. 합성 생물학적 제조는 산업 공정에서 에너지 및 재료 소비를 줄이고 폐기물 배출과 대기, 수질 및 토양 오염을 줄이는 동시에 생산 비용을 크게 줄이고 산업 경쟁력을 향상시킬 수 있습니다.

"탄소 중립"에 대한 세계적, 국가적 옹호의 맥락에서 합성생물학은 의심할 여지 없이 매우 좋은 해결책을 제공합니다. 2014년 경제협력개발기구(OECD)는 '합성 생물학의 새로운 정책 문제' 보고서를 발표하면서 미래에는 화학물질과 기타 산업 제품의 35%가 생물학적 제조와 관련될 수 있다고 예측했습니다.

SunResin이 종사하는 흡착 및 분리 기술은 강력한 환경 친화성, 높은 자동화 및 우수한 작동 정확도를 갖춘 고효율 분리 및 정제 플랫폼 기술입니다. 당사는 흡착분리 기술산업 분야의 글로벌 선도기업으로서 20년 이상 흡착분리 분야에서 쌓아온 연구개발 축적과 기술우위를 국가 탄소중립 경로와 어떻게 접목시켜 국가 탄소중립화에 기여할 수 있을지 적극적으로 고민해 왔습니다. 이중 탄소 목표 달성을 지원하고 다운스트림 애플리케이션 프로세스를 최적화하고 업그레이드하는 데 도움을 줍니다.

3. 합성생물학에서의 흡착 및 분리 기술의 응용

합성 생물학 제품을 생산하는 동안 원료는 미생물 발효를 통해 목적 제품으로 변형되어 발효액에 존재합니다. 합성생물학 제품의 생산 및 적용을 제한하는 핵심 요소는 목적 제품의 분리 및 정제입니다.

현재 분리정제 공정에서는 등전점 결정화, 이온교환(고정층), 막분리 등의 방법이 주로 사용되고 있다. 그러나 이들 방법은 낮은 목표 제품 수율, 높은 화학 시약 소비, 다량의 폐수 배출, 심각한 환경 오염 등의 문제를 안고 있습니다.

Sunresin은 발효액의 분리 및 정제를 위한 일련의 분리 재료를 개발했으며 다양한 사용 사례에 대한 적용 프로세스 및 시스템 장비를 개발하여 고객에게 포괄적인 솔루션을 제공했습니다.

3.1 담수화, 탈색, 탈단백질화:
일반적으로 전도성을 목표 수준까지 낮추기 위해 양이온 수지와 음이온 수지를 결합한 이온교환수지가 사용됩니다. 산, 알칼리 안정성, 수지 유지력 등 소재의 특성에 따라 강산, 약산, 강염기, 약염기 수지를 사용합니다.

탈색에는 일반적으로 강염기성 음이온 교환수지나 기공이 큰 흡착수지가 사용됩니다. 또한 일부 단백질을 제거할 수도 있습니다.

3.2 제품 및 불순물의 흡착:
특정 관능기를 갖는 수지를 사용하여 목적물질 및 불순물과 선택적으로 결합하여 제거할 수 있습니다. 흡착에는 일반적으로 공극이 큰 흡착수지와 이온교환수지가 사용되며, 이어서 용매 또는 산-염기 분석이 수행됩니다.

3.3 크로마토그래피 분리:
이온 교환 수지 또는 큰 기공 수지는 특정 용량으로 제품과 불순물을 흡착하는 데 사용됩니다. 기울기 세척을 통해 불순물을 제거하고 생성물을 중간 농도의 용매 또는 산-염기 용액으로 분석합니다. 수지는 고농도의 용매 또는 산-염기 용액으로 재생됩니다.

3.4 크로마토그래피 분리:

3.4.1 담수화, 불순물 제거, 탈색 및 모액 회수를 위한 연속 크로마토그래피 SSMB;

3.4.2 중고압 분취 크로마토그래피.

4. 부탄디오익산의 합성생물학 응용 

부탄디오산의 하류 적용은 주로 PBS와 BDO의 합성에 있습니다. "이중 탄소" 정책을 배경으로 생분해성 플라스틱은 바이오 기반 분해성 플라스틱으로 전환하고 있으며, 이는 바이오 기반 PBS에 대한 미래의 증분 시장을 열어주고 있습니다. BDO에 대한 기존 시장은 이미 거대하지만 현재의 생산 방식은 '이중 탄소' 개념에 부합하지 않습니다.

PBS 및 BDO 합성에 대한 다운스트림 수요로 인해 부탄디오산, 특히 합성 생물학을 통해 생산된 부탄디오산에 대한 잠재 수요가 엄청납니다. 부탄디오산을 생산하는 전통적인 화학적 방법은 생산능력 확장이 제한적이며, 합성생물학 방법은 이미 비용상의 이점을 입증하여 향후 개발 추세로 자리잡고 있습니다. 부탄디오산은 미래의 막대한 다운스트림 수요를 충족시키기 위해 합성생물학을 통해 생산될 것입니다.

부탄디오익산의 화학적 합성방법(I)

화학 합성 방법 I: 전기화학적 방법(Electrochemical Method), 전기화학적 산화환원 반응을 통해 부탄이산을 합성하는 방법.

가장 큰 단점은 높은 에너지 소비뿐 아니라 정책 제한, 높은 장비 비용, 복잡한 장비 운영 등의 요인으로 인해 대규모 및 산업 생산에 적용이 제한된다는 것입니다.

부탄디오익산의 화학합성법(II)

말레산 무수물의 수소화 반응은 촉매 존재 하에서 시스-부텐이산 무수물을 수소로 수소화하여 부탄이산을 생성하는 공정이다.

이 반응은 특정 온도와 수소 압력에서 수행됩니다. 이 공정의 개발에 영향을 미치는 주요 제한 요인으로는 과도한 탄소 배출, 순도 및 회분 불순물 수율, 니켈 또는 기타 귀금속 촉매의 선택 등이 있습니다.

부탄디오산의 합성 생물학적 공정

부탄디오산의 합성 생물학적 공정은 친환경적이고 친환경적인 생산 방법입니다.

효모 및 대장균과 같은 미생물의 대사 공학을 위해 미생물 균주를 사용하면 공정 자체가 지속 가능하고 재생 가능하여 환경 오염을 크게 줄이고 지속 가능한 개발을 위한 더 나은 솔루션을 제공합니다.

생물학적 합성 과정에서 균주는 유전적으로 변형 및 조절될 수 있으며, 심지어 혐기성 환경에서 인위적인 진화를 통해 성능에 맞게 최적화되어 최고 수율의 부탄디오산을 생산하기 위한 최적의 균주를 선택할 수 있습니다. 그 결과 순도가 더 높고 화학적 오염이 없는 제품이 탄생합니다.