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Title
Performance of a fully-integrated falling film microreactor for biocatalytic gas-liquid-solid reaction catalyzed by surface immobilized oxidase / eingereicht von: Christina E. M. Krämer
AuthorKrämer, Christina E. M.
CensorNidetzky, Bernd
Published2012
Description76 Bl. : 2 Zsfassungen ; Ill., graph. Darst.
Institutional NoteGraz, Univ., Masterarb., 2012
Annotation
Zsfassung in dt. und engl. Sprache
LanguageEnglish
Document typeMaster Thesis
Keywords (GND)Rieselreaktor / Mikroreaktor / Biokonversion / Oxidasen / Rieselreaktor / Mikroreaktor / Biokonversion / Oxidasen / Online-Publikation
URNurn:nbn:at:at-ubg:1-42657 Persistent Identifier (URN)
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Performance of a fully-integrated falling film microreactor for biocatalytic gas-liquid-solid reaction catalyzed by surface immobilized oxidase [1.69 mb]
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Abstract (German)

Für die sauerstoff-abhängige intensifizierte Biokatalyse wurde ein neu-artiges voll-integriertes Rieselfilmmikroreaktorsystem erstellt und charakterisiert. Der Mikroreaktor zeigt durch eine schnelle Diffusion in einen höchtens 200 m dicken Flüssigfilm eine erhöhte Eignung für die Bereitstellung von Gasmolekülen aus der Gasphase für die wässrige Phase. Daher wurde erfolgreich eine stabil kontinuierlich laufende Laborversuchsanlage erarbeitet, um ideale Reaktionsbedingungen (z.B. Sauerstoffversorgung, Temperaturkontrolle, fluidisches Regime) für die gewählte Enzym-katalysierte OxidationsreaktionAusreichende Zufuhr des gasförmigen Reaktionspartners wurde in der Flüssig- wie in der Festphase der Mikrokanäle durch Sauerstoffmessung globaler und lokaler O2-Konzentrationen sichergestellt, die auf optischer Phosphoreszenzdetektionstechnologie beruht. Die experimentellen Ergebnisse machte die Bestimmung des flüssigkeit-seitigen Massentransfers von Sauerstoff möglich. Die D-Aminosäureoxidase katalysierte Umsetzung von D-Alanin zur entsprechenden ?-Ketosäure wurde als enzymatisches Reaktionssystem etabliert, wodurch die Eigenschaften des Rieselfilmreaktors in einer mikrofluidischen Biokatalyseanwendung bewertet wurden. Die Fusion der Trigonopsis variabilis D-Aminosäureoxidase (TvDAO) mit dem Zbasic2-Tag ermöglichte eine selektive Immobilisierung basierend auf ionischer Adsorption an Kanalwänden aus Aluminiumoxid. Die Oberflächenimmobilisierung wurde durch konfokale Laserrastermikroskopie veranschaulicht.

Abstract (English)

A novel fully-integrated falling film microreactor system was implemented and characterized for oxygen-dependent intensified biocatalysis. The microreactor exhibits advanced ability of gas molecule supply from the gas phase into the aqueous phase due to a fast diffusion in a maximally 200 m thin liquid film. Thus, a stable continuous running lab scale plant was set up successfully to create ideal reaction conditions (e.g. oxygen supply, temperature control, fluidic regime) for the enzyme catalyzed oxidation reaction of choice. Sufficient delivery of the gaseous reaction partner was ensured by optical phosphorescence sensing technology. Measurement of global and local O2 concentration were performed in the liquid as in the solid phase in the microchannels. The experimental results enabled determination of the liquid side mass transfer of oxygen.The D-amino acid oxidase catalyzed conversion of D-alanine to the corresponding ?-keto acid was employed as enzymatic reaction system to evaluate the falling film reactor performance for a micro fluidic application in biocatalysis. The fusion of Trigonopsis variabilis D-amino acid oxidase (TvDAO) to Zbasic2 tag facilitated a selective immobilization based on ionic adsorption on the aluminum oxide channel walls. Surface immobilization was visualized with confocal laser scanning microscopy.