SBIR Phase I: Carbon dioxide (CO2) fixation into cellulosic textile products through heteropolymer stabilization of enzymes in cell-free synthesis
SBIR 第一阶段:通过无细胞合成中酶的杂聚物稳定性将二氧化碳 (CO2) 固定到纤维素纺织产品中
基本信息
- 批准号:2136045
- 负责人:
- 金额:$ 25.59万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2021
- 资助国家:美国
- 起止时间:2021-12-15 至 2022-11-30
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
The broader impact of this Small Business Innovation Research (SBIR) Phase I proposal is in the development of a new carbon utilization technology with the ability to make high-value, essential products from carbon dioxide (CO2) like cellulosic textiles, food, and building materials. Enzymatic carbon utilization is of high interest due to its ability to make high-value natural products from carbon dioxide. The impediment to enzymatic carbon utilization technology has been the short longevity of both enzymes and input molecules under cell-free industrial conditions. This project will yield a novel enzyme stabilization approach for carbon fixation and synthesis enzymes. The resulting system may unlock CO2 as a new, natural resource for essential product supply chains that are carbon-negative and water- and land-neutral, unlocking a $10 trillion global market. This scalable technology could create a new carbon industry and advance manufacturing jobs in the United States. This technology could enable sustainable and domestic production of America’s most essential materials from waste carbon dioxide emissions at a cheaper cost than today’s production.This project involves a production method that applies a bio-inspired, non-covalent enzyme stabilization strategy that employs cell-free conversion of carbon emissions into cellulosic fibers for textiles in a CO2-to-textile process over industrially relevant time periods. The proposed stabilization method preserves enzyme conformation without harming baseline activity to allow for enzymatic activity in non-natural environments. The heteropolymers are synthesized using a standard reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization approach to produce disordered polymeric chains with diverse monomers of varying charges and hydrophilicity/hydrophobicity characteristics to complement and stabilize enzymes surfaces. The disordered nature of the polymers enables local surface binding to stabilize the enzyme, maintaining its conformation and protecting against denaturing or degradation. The project scope covers key technical hurdles: (1) the development of a enzyme stabilization technique for carbon fixation and synthesis enzymes, (2) the development of a carbon conversion system and process in a non-natural, industrial environment, and (3) confirmation of a full proof-of-concept solution that can be scalable from mL to 50L scale. If successful, the result is an effective enzyme stabilization method that can fix carbon emissions under cell-free conditions for use in industrial supply chains.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
这项小型企业创新研究(SBIR)第一阶段提案的更广泛影响是开发一种新的碳利用技术,能够从二氧化碳(CO2)中生产高价值的基本产品,如纤维素纺织品,食品和建筑材料。酶促碳利用由于其从二氧化碳制造高价值天然产物的能力而受到高度关注。酶促碳利用技术的障碍是酶和输入分子在无细胞工业条件下的寿命短。该项目将为碳固定和合成酶提供一种新的酶稳定方法。由此产生的系统可能会释放二氧化碳作为一种新的自然资源,用于碳负性和水和土地中性的基本产品供应链,从而打开10万亿美元的全球市场。这项可扩展的技术可以创造一个新的碳产业,并促进美国的制造业就业。这项技术可以使美国最基本的材料的可持续和国内生产的废物二氧化碳排放量比今天的生产成本更低。该项目涉及一种生产方法,采用生物启发,非共价酶稳定化策略,采用无细胞转化碳排放量为纤维素纤维的纺织品在一个CO2到纺织品的过程中,在工业相关的时间段。所提出的稳定化方法保留酶构象而不损害基线活性,以允许在非天然环境中的酶活性。使用标准可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合方法合成杂聚物,以产生具有不同电荷和亲水性/疏水性特征的不同单体的无序聚合物链,以补充和稳定酶表面。聚合物的无序性质使得局部表面结合能够稳定酶,保持其构象并防止变性或降解。项目范围涵盖关键技术障碍:(1)开发碳固定和合成酶的酶稳定技术,(2)在非自然工业环境中开发碳转化系统和工艺,以及(3)确认可从mL扩展到50 L规模的完整概念验证解决方案。如果成功的话,结果是一种有效的酶稳定方法,可以在无细胞条件下固定碳排放,用于工业供应链。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。
项目成果
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