Show simple item record

Biocatalytic process engineering with the use of 3D printing technology

dc.contributor.advisorPantatosaki, Evangelia
dc.contributor.authorΚουλοπούλου, Θεοφιλία
dc.date.accessioned2024-10-22T16:04:02Z
dc.date.available2024-10-22T16:04:02Z
dc.date.issued2024-10-10
dc.identifier.urihttps://polynoe.lib.uniwa.gr/xmlui/handle/11400/7856
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.26265/polynoe-7688
dc.description.abstractThis diploma thesis investigates the integration of 3D printing technology with biocatalysis to develop advanced microfluidic systems for enzyme immobilization and activity assessment. Research and experimental work were conducted at the Institute of Technical Chemistry, Leibniz University Hannover, Germany, in the Biocatalysis and Bioprocessing research group. This study explores the design and construction of microfluidic reactors using cutting-edge 3D printing techniques in order to optimize enzymatic processes. Our goal is to improve the stability and effectiveness of enzyme immobilization by incorporating surface chemistry techniques like glutaraldehyde cross-linking and coatings with polydopamine and polyethyleneimine. The primary objectives include the development of microfluidic systems for selective enzyme immobilization, assessment of biocatalytic performance under continuous flow conditions, and identification of optimal materials and 3D printing methodologies. Utilizing Fused Deposition Modeling and Stereolithography printing technologies in conjunction with enzyme expression and immobilization techniques, precise microfluidic devices are created for effective enzymatic reactions. These prototypes serve as effective screening platforms and can be parallelized to enhance production capacity, which will help with sustainable chemistry and biotechnology applications. As an example of how different 3D printing materials can be used for biotechnological applications like enzyme immobilization, this work emphasizes on how important microfluidic chip-based assays are for effective and quick screening because of their low reagent amounts, affordability, and rapid throughput. In particular, unspecific peroxygenase from Agrocybe aegerita (AaeUPO) was successfully immobilized on surface functionalized 3D-printed microfluidic chips made of different materials, as confirmed by a model activity assay. This was the first time that 3D-printed microchips were used for AaeUPO immobilization, and the enzyme demonstrated high immobilization and activity yields across various materials and geometries, highlighting the potential for development of a universal immobilization approach.el
dc.format.extent59el
dc.language.isoenel
dc.publisherΠανεπιστήμιο Δυτικής Αττικήςel
dc.rightsΑναφορά Δημιουργού - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή 4.0 Διεθνές*
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/deed.el*
dc.subject3D Printingel
dc.subjectMicrofluidicsel
dc.subjectEnzyme immobilizationel
dc.subjectFlow biocatalysisel
dc.titleBiocatalytic process engineering with the use of 3D printing technologyel
dc.title.alternativeΜηχανική βιοκαταλυτικών διεργασιών με τη χρήση της τεχνολογίας τρισδιάστατης εκτύπωσηςel
dc.typeΔιπλωματική εργασίαel
dc.contributor.committeeKara, Selin
dc.contributor.committeeGkantzou, Elena
dc.contributor.facultyΣχολή Μηχανικώνel
dc.contributor.departmentΤμήμα Μηχανικών Βιοϊατρικήςel
dc.description.abstracttranslatedΣτα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής εργασίας διερευνάται ο συνδυασμός της τεχνολογίας τρισδιάστατης εκτύπωσης με τη βιοκατάλυση ροής για την ανάπτυξη προηγμένων μικρορευστομηχανικών συστημάτων για την ακινητοποίηση ενζύμων και την αξιολόγηση της δραστικότητάς τους. Η έρευνα και τα πειράματα εκπονήθηκαν στο Ινστιτούτο Τεχνολογικής Χημείας του Πανεπιστημίου Leibniz, στο Αννόβερο της Γερμανίας, στην ερευνητική ομάδα Βιοκατάλυσης και Βιοεπεξεργασίας. Η συγκεκριμένη μελέτη πραγματεύεται τον σχεδιασμό και την κατασκευή μικρορευστονικών αντιδραστήρων με τη χρήση τεχνικών τρισδιάστατης εκτύπωσης για τη βελτιστοποίηση ενζυμικών διεργασιών. Ο τελικός στόχος είναι η βελτίωση της σταθερότητας και της αποτελεσματικότητας της ακινητοποίησης των ενζύμων με την ενσωμάτωση τεχνικών επιφανειακής χημείας για την τροποποίηση επιφανειών, όπως η διασταύρωση με γλουταραλδεΰδη και οι επικαλύψεις με πολυντοπαμίνη και πολυαιθυλενιμίνη. Οι πρωταρχικοί στόχοι περιλαμβάνουν την ανάπτυξη μικρορευστονικών συστημάτων για την επιλεκτική ακινητοποίηση ενζύμων, την αξιολόγηση της βιοκαταλυτικής απόδοσης σε συνθήκες συνεχούς ροής και τον προσδιορισμό των βέλτιστων υλικών και μεθοδολογιών τρισδιάστατης εκτύπωσης. Χρησιμοποιώντας μεθόδους τρισδιάστατης εκτύπωσης, όπως η Μοντελοποίηση Συντηγμένης Εναπόθεσης (Fused Deposition Modeling) και η Στερεολιθογραφία (Stereolithography), σε συνδυασμό με εξελιγμένες τεχνικές έκφρασης και ακινητοποίησης ενζύμων, δημιουργήθηκαν ακριβείς μικρορευστονικές συσκευές με ενζυμική δράση. Αυτά τα πρωτότυπα χρησιμεύουν ως πλατφόρμες ταυτόχρονης εξέτασης πολλαπλών δειγμάτων, ενώ μπορούν να χρησιμοποιηθούν εν παραλλήλω για αυξημένη παραγωγική ικανότητα. Τέτοιου είδους συστήματα συναντώνται σε εφαρμογές βιώσιμης χημείας και βιοτεχνολογίας. Πιο συγκεκριμένα, η παρούσα εργασία αναδεικνύει τον τρόπο με τον οποίο μπορούν να χρησιμοποιηθούν διαφορετικά υλικά τρισδιάστατης εκτύπωσης για βιοτεχνολογικές εφαρμογές όπως η βιοκατάλυση μέσω ακινητοποίησης ενζύμων. Οι βιοκαταλυτικές διεργασίες σε μικρορευστονικά τσιπ παρέχουν τα πλεονεκτήματα του αποτελεσματικού και γρήγορου ελέγχου των χαμηλών ποσοτήτων αντιδραστηρίων, της προσιτής τιμής και της γρήγορης απόδοσης. Στην παρούσα μελέτη, το ένζυμο μη ειδική υπεροξυγενάση του οργανισμού Agrocybe aegerita (AaeUPO) ακινητοποιήθηκε με επιτυχία στην επιφάνεια λειτουργικών τρισδιάστατων εκτυπωμένων μικροτσίπ από διαφορετικά υλικά. Πραγματοποιήθηκε μια σειρά πειραμάτων λειτουργικότητας και σταθερότητας του ακινητοποιημένου ενζύμου με τη χρήση συστημάτων συνεχούς ροής. Εν κατακλείδι, αυτή ήταν η πρώτη φορά που χρησιμοποιήθηκαν τρισδιάστατα εκτυπωμένα μικροτσίπ για την ακινητοποίηση της AaeUPO και το ένζυμο επέδειξε υψηλές αποδόσεις ακινητοποίησης και δραστικότητας σε διάφορα υλικά και γεωμετρίες, αναδεικνύοντας τη δυνατότητα ανάπτυξης μιας ολιστικής προσέγγισης ακινητοποίησης.el


Files in this item

Thumbnail

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Αναφορά Δημιουργού - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή 4.0 Διεθνές
Except where otherwise noted, this item's license is described as
Αναφορά Δημιουργού - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή 4.0 Διεθνές