SBIR Phase I: Real-Time, On-Line, Continuous Monitoring of Carbohydrate Mixtures

SBIR 第一阶段:碳水化合物混合物的实时、在线、连续监测

基本信息

  • 批准号:
    1346146
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 15万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2014
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2014-01-01 至 2014-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This Small Business Innovation Research (SBIR) Phase I project proposes to develop a versatile, sensitive, and inexpensive carbohydrate monitoring system based on optoelectronics and biosensor technologies. The platform allows continuous measurement of simple carbohydrates using small, disposable fiber-optic biosensors with accuracy comparable to conventional instrumentation. This technology offers the ability to both detect carbohydrates over a large linear range and do it in a simple, automated, and online fashion. Many different bioprocesses, including fermentations to produce biofuels, amino acids, and pharmaceuticals, are based on microbial conversions of sugars to high-value products. Real-time monitoring of carbohydrate concentration during the biomass conversion would provide a great advantage in process control, leading to increased yields at decreased production costs and a lower environmental impact. No current technology is available for continuous, quantitative monitoring of specific sugars, and the sensor system to be developed will address this need. The project is designed around four specific aims that will result in the development of sensors for glucose and xylose, a method for monitoring both sugar concentrations simultaneously, and comparison of methods to sterilize these sensors. The outcome will be demonstration of a sensor for continuously monitoring glucose and xylose in bioprocesses.The broader impact/commercial potential of this project, if successful, is the development of carbohydrate sensors to enable bioprocess monitoring, control, and optimization. Each of those characteristics can increase the efficiency of a bioprocess. For example, monitoring can detect when a batch process is not performing to specification, and control and optimization allow efficient operation. Current off-line methods to measure sugar concentrations lead to poor process control, inefficient use of capital equipment, and the wasting of expensive chemicals and energy due to over-compensation. For example, more effective monitoring of carbohydrates for a corn stover biomass processing plant could result in a conservative estimated annual savings of $690,000/year. Projections of the "bio-based economy" are for an increasing volume of chemicals, beyond pharmaceuticals, to be produced biologically from different biomass feedstocks. Operation of those bioprocesses would be more environmentally and economically sustainable with the continuous, on-line monitoring provided by this sensor.
这个小企业创新研究(SBIR)第一阶段项目提出了开发一种基于光电子和生物传感器技术的多功能,灵敏和廉价的碳水化合物监测系统。 该平台允许使用小型一次性光纤生物传感器连续测量简单碳水化合物,其精度可与传统仪器相媲美。 该技术能够在较大的线性范围内检测碳水化合物,并以简单、自动和在线的方式进行检测。 许多不同的生物过程,包括发酵生产生物燃料,氨基酸和药物,都是基于微生物将糖转化为高价值产品。 在生物质转化过程中实时监测碳水化合物浓度将在过程控制中提供很大的优势,从而以降低的生产成本和较低的环境影响提高产量。目前还没有技术可用于对特定糖进行连续定量监测,而待开发的传感器系统将满足这一需求。 该项目围绕四个具体目标设计,将导致葡萄糖和木糖传感器的开发,同时监测两种糖浓度的方法,以及对这些传感器进行灭菌的方法的比较。 结果将是一个传感器的连续监测葡萄糖和木糖在bioprocesses.The更广泛的影响/商业潜力的项目,如果成功,是碳水化合物传感器的发展,使生物过程的监测,控制和优化。 这些特性中的每一个都可以提高生物过程的效率。 例如,监控可以检测批处理何时未按规范执行,并且控制和优化允许高效操作。 目前测量糖浓度的离线方法导致不良的过程控制、资本设备的低效使用以及由于过度补偿而浪费昂贵的化学品和能量。 例如,对玉米秸秆生物质加工厂的碳水化合物进行更有效的监测,保守估计每年可节省690 000美元。 对“生物基经济”的预测是,除药品外,越来越多的化学品将以生物方式从不同的生物质原料生产。 这些生物过程的操作将更加环境和经济可持续性与该传感器提供的连续,在线监测。

项目成果

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