Ny metode kan lave kostbare industrikemikalier billigere

Miljø og bæredygtighed 16. okt 2021 2 min Associate Professor Sophie R. Beeren Skrevet af Kristian Sjøgren

Smart kemi og lys i de rette bølgelængder er hemmeligheden bag en ny teknik til at lave kemikalier, som indgår i alt fra fødevarer og medicin til parfume.

Interesseret i Miljø og bæredygtighed? Vi kan holde dig opdateret helt gratis

De fleste mennesker bliver til store spørgsmålstegn, når de hører om cyklodextriner. Det siger dem ikke meget.

Ikke desto mindre er de organiske molekyler en vigtig milliardindustri med anvendelser inden for både fødevareindustrien, personlig pleje og medicinalindustrien.

Efterspørgslen på cyklodextrinerne er stor, og nu har en international gruppe af forskere udviklet en metode til at producere de dyreste af dem. Det har de gjort på en genial måde med brug af sindrig kemi og lys med en helt specifik bølgelængde.

”Denne produktionsmetode kan føre til en både billigere og mere miljøvenlig produktion af et mere rent produkt, som industrien hungrer efter,” forklarer en af forskerne bag udviklingen af den nye teknologi, lektor Sophie R. Beeren fra DTU Kemi ved Danmarks Tekniske Universitet (DTU).

Forskningsresultatet er offentliggjort i Chem.

Specielt et molekyle er dyrt at fremstille

Cyklodextriner er lavet af glukose-byggeklodser, der er sat sammen i en ring, så de former noget, der ligner en doughnut.

De naturlige cyklodextriner kan enten indeholde seks, syv eller otte glukose-enheder og bliver så benævnt som alfa-, beta- eller gamma-cyklodextrin.

De forskellige cyklodextriner har forskellige industrielle anvendelser. Blandt andet bliver de for nuværende benyttet i over 30 forskellige lægemidler. Årsagen er, at man kan spise dem, og så kan de benyttes til at fragte andre molekyler rundt i kroppen.

Gamma-cyklodextrin kan blandt andet beskytte lægemidler mod omverden og stabilisere dem under opbevaring. Det reducerer den nødvendige mængde aktivt lægemiddel i eksempelvis en tablet. Det gør tabletten billigere at fremstille og mindsker risikoen for bivirkninger.

Gamma-cyklodextrin er dyr at lave

I det nye forskningsarbejde har forskerne haft fokus på gamma-cyklodextrin, der også er den sværeste af de oprindelige cyklodextriner at fremstille.

Gamma-cyklodextrin er svær at lave, fordi den er meget vandopløselig og derfor svær at isolere i den industrielle produktion. Det gør produktionen både dyr og besværlig.

Når man industrielt skal fremstille cyklodextrinerne, gør man det omkring en ”skabelon”, som glukose-byggeklodser sætter sig omkring. Enzymer binder byggeklodserne sammen for at danne den færdige cyklodextrin.

Når det gælder gamma-cyklodextrin, er det dog meget energikrævende at fjerne skabelonen igen, og det fordyrer processen.

Lys får skabelonen til at ændre form

I det nye studie har forskerne udviklet en helt ny form for skabelon, der er meget lettere at pille gamma-cyklodextrin af.

Skabelonen er fotosensitiv, hvilket betyder, at den ændrer form, når der bliver lyst på den med lys med en specifik bølgelængde.

I produktionen af gamma-cyklodextrin betyder det, at forskerne kan lave en blanding med glukose, den fotosensitive skabelon og en enzym. Gamma cyklodextrin formerer omkring to molekyler af skabelonen. Så lyser forskerne ned i reaktionsblanding med lys med en bølgelængde på 410 nm, og så frigives gamma-cyklodextrin meget simpelt af skabelonen og kan oprenses og benyttes.

”Skabelonen har den perfekte størrelse til at lave gamma-cyklodextrin og ingen af de andre cyklodextriner. Og når man så lyser på skabelonerne, falder gamma-cyklodextrin af. Det er en helt ny måde at lave de her industrielt attraktive molekyler på – et ”proof of principle”,” siger Sophie R. Beeren.

Kan overføres til produktionen af andre molekyler

Kigger man på prisen af de forskellige cyklodextriner, er det god læsning, fordi gamma er den klart dyreste med en pris mange gange højere end de to andre cyklodextriner.

Alligevel er teknologien et stykke fra at komme på markedet, forklarer Sophie R. Beeren.

”Vi skal stadig udvikle mere på konceptet, men vi har vist, at vi kan bruge fotosensitive skabeloner til at kontrollere enzymatisk syntese. Det har ikke bare spændende muligheder inden for produktionen af cyklodextriner, men også mange andre molekyler,” siger hun.

Dynamic enzymatic synthesis of γ-cyclodextrin using a photoremovable hydrazone template” er udgivet i Chem. Sophie R. Beeren modtog i 2020 støtte fra Novo Nordisk Fonden til projektet ”Enzyme-mediated Dynamic Covalent Chemistry for Sustainable Oligosaccharide Synthesis”.

The broad area of research in the group is supramolecular chemistry and bioorganic chemistry. We are interested in understanding how molecules interac...

Dansk
© All rights reserved, Sciencenews 2020