Funkcionalni biokompoziti za biomedicinske in trajnostne aplikacije

Encimi so naravne biomakromolekule, ki imajo neverjeten potencial v aplikacijah zelene kemije, biotehnologije in biotransformacij in jih lahko uporabimo na različnih področjih, kot so farmacija, biosenzorji, biogorivne celice, živilska industrija, čiščenje odpadnih voda in biomedicinske aplikacije. Encimi so se kot zdravila uporabljali že od 19. stoletja ter od takrat pridobili pomembno vlogo v farmacevtskih aplikacijah. Terapevtski encimi, kot so L-asparaginaza (L-ASNase), superoksid dismutaza (SOD), kolagenaza, streptokinaza, glukozidaza, amilaza, β-galaktozidaza (β-gal), lipaza in lizocim, so encimi, ki se pogosto uporabljajo v biomedicinskih aplikacijah in imajo to prednost, da specifično vežejo svoje tarče, kar je v nasprotju z ne-encimskimi zdravili. Encimi, ki se uporabljajo v različnih trajnostnih aplikacijah, zlasti pri vseh vrstah čiščenja odpadnih vod, so oksidoreduktaze in hidrolaze. Oksidoreduktaze so encimi, ki katalizirajo oksidacijsko in redukcijsko reakcijo, ki se pojavi v celici. Imajo odličen biokatalitični potencial in se uporabljajo v različnih aplikacijah. Prosti encimi imajo številne pomanjkljivosti, vključno z visokimi stroški zaradi težav pri njihovi ekstrakciji, ločevanju in čiščenju. Prav tako so tudi nizko tolerančni, jih ne moremo ponovno uporabiti in niso stabilni v neoptimalnih pogojih, kar zmanjšuje njihovo termično stabilnost in skladiščenje. Za namen industrializacije encima je njegova imobilizacija ena najpomembnejših in raziskovanih strategij za izboljšanje delovanja encima pod industrijskimi pogoji. Metode imobilizacije zato izboljšujejo stabilnost in povečujejo ponovno uporabo naravnih encimov, kar je primarni cilj encimsko-tehnoloških znanosti. Glavni izziv predlaganega projekta je imobilizacija različnih terapevtskih encimov, kot so L-ASNaza, SOD ali lizocim, ki imajo potencial v biomedicinskih aplikacijah, pa tudi encimov, kot so peroksidaza, lakaza, lipaza, ADH in drugi (i) na različne nosilce, kot so modificirani in površinsko funkcionalizirani MNPs železovega oksida, (ii) v kovinsko-organska ogrodja (MOFs), (iii) s postopkom enkapsulacije v alginat, hitozan ali pektin in karagenan in/ali (iv) v zamrežene encimske skupke (CLEAs), za izboljšanje njihove aktivnosti in stabilnosti. Kljub trenutnemu napredku pri zdravljenju s terapevtskimi encimi, se še vedno soočamo z izzivi, kako najti popolno encimsko formulacijo za ustrezno terapevtsko administracijo. Raziskave potekajo an področju različnih čiščenja odpadnih voda s posebnim poudarkom na uporabi encimov, kot so peroksidaza, lakaza, lipaza, ADH in b-galaktozidaza, ki se uporabljajo pri razgradnji in razstrupljanju onesnaževal. Kljub številnim študijam pa še vedno obstaja vrzel med vsemi raziskavami, ki se izvajajo, ter vključevanjem in izkoriščanjem izjemnih sposobnosti encimov za obsežno čiščenje odpadnih vod. Izboljšanje metod imobilizacije encimov v ta namen je zato učinkovit način za premagovanje ovir in širjenje uporabe encimov za izboljšanje okolja in zagotavljanje bolj zelenih tehnologij. Projekt bo razdeljen na štiri glavne delovne sklope: DS1: Priprava encimskih biokompozitov za biomedicinske in trajnostne aplikacije DS2: Določevanje encimske aktivnosti in celokupnih proteinov DS3: Karakterizacija in študija stabilnosti imobiliziranih encimskih biokompozitov DS4: Aplikacija encimskih biokompozitov v različne reaktorje