بیوفیلتراسیون یکی از روش های موثر در حذف آلاینده های گازی نظیر سولفید هیدروژن از یک جریان هوا می باشد. وجود یک مدل ریاضی جهت پیش بینی بازده جداسازی می تواند در طراحی و بهینه سازی این دستگاه و همچنین مطالعه فرآیند بیوفیلتراسیون مفید واقع گردد. هدف از انجام این تحقیق، مدل سازی ریاضی عملکرد بیوفیلتر در فرآیند حذف بیولوژیکی سولفید هیدروژن از جریان هوا و بررسی تاًثیر پارامترهای مهمی نظیر ضریب نفوذپذیری در بیوفیلم و ضخامت بیوفیلم بر نتایج پیش بینی می باشد. برای این منظور معادلات حاکم که نتیجه بکارگیری قوانین بقای جرم برروی یک المان در فضای گاز و بیوفیلم می باشند حل گردید. با حل این معادلات توزیع غلظت سولفید هیدروژن در تمامی نقاط گاز و بیوفیلم مشخص شد و با کمک این توزیع بازده جداسازی محاسبه گردید. این مدل قادر به پیش بینی تغییرات ضخامت بیوفیلم با زمان ،که در اثر رشد باکتری ها و همچنین کنده شدن بیومس از سطح بیوفیلم رخ می دهد، می باشد. نتایج به دست آمده از مدل ریاضی توسعه یافته با داده های تجربی توافق خوبی را نشان می دهد. نتایج حاصل از مدل ریاضی نشان می دهد که بازده حذف سولفید هیدروژن با افزایش ضریب نفوذ و افزایش سطح ویژه پرکن ها و کاهش سرعت گاز ورودی زیاد می گردد. همچنین مشخص گردید که نتایج مدل افزایش بازده حذف سولفید هیدروژن با افزایش ضخامت بیوفیلم، برای مقادیر ضخامت پائین بیوفیلم (20-5 میکرومتر) بازده جداسازی با افزایش ضخامت بیشتر می گردد. این امر نمایانگر این نکته می باشد که در ضخامت های کم بیوفیلم سرعت واکنش کنترل کننده می باشد و مقاومت بیوفیلم تأثیر چندانی بر نرخ جداسازی ندارد. اما افزایش بیشتر در ضخامت بیوفیلم (100-20 میکرومتر) باعث کاهش بازده حذف سولفید هیدروژن می شود. به نظر می رسد دلیل این امر افزایش اثر تاثیر نفوذ بر نرخ انتقال جرم می باشد.

چکیده افدرین یک ماده مهم مورد استفاده در صنایع دارویی با خواصی مانند ضداحتقان و ضدحساسیت می باشد. افدرین به روش های مختلفی مانند استخراج از گیاه و سنتز شیمیایی و میکروبی تولید می گردد. تولید میکروبی افدرین جایگزین مناسبی برای استخراج این ترکیب از گیاه و سنتز شیمیایی می باشد. در این روش ابتدا ترکیب l-فنیل استیل کاربینول (l-pac) به روش میکروبی تولید شده و سپس این ترکیب به روش سنتزی به افدرین تبدیل می شود. در این پژوهش تولید میکروبی l-pac با استفاده از مخمر ساکارومایسس سرویزیه مورد بررسی قرار گرفت. آنزیم پیروات دکربوکسیلاز مخمر قادر است بنزآلدئید را طی یک واکنش بیوشیمیایی به l-pac تبدیل نماید. ابتدا توانایی سلول های آزاد مخمری رشد داده شده در شرایط هوازی و یا بی هوازی با استفاده از غلظت های متفاوت بنزآلدئید برای انجام این تبدیل زیستی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که سلول های مخمری رشد داده شده در شرایط بی هوازی به علت فعالیت بیشتر آنزیم پیروات دکربوکسیلاز 2 برابر بیشتر l-pac تولید می کنند. همچنین غلظت های بیش از 2000 میلی گرم بر لیتر از بنزآلدئید اثر بازدارنده از خود نشان داد. در مرحله دوم، تولیدl-pac به وسیله سلول های آزاد و تثبیت شده برروی آلژینات کلسیم و نانوذرات آهن مقایسه شد. تثبیت سلول ها بر روی بستر، امکان استفاده چندین باره از سلول های مخمری و در نتیجه بالارفتن میزان تولید را برای انجام این واکنش زیستی فراهم نمود. در حالت کلی و مقایسه بین تمامی روش های آزمایش شده نشان داده شدکه میزان تولید فنیل استیل کاربینول در روش تثبیت شده تقریباً 5/2 برابر تولید به روش سلول آزاد است. در بین همه روش ها بهترین بازده پس از افزودن بنزآلدئید در شستشوی اول سلول ها، توسط نانوذرات آهن حاصل شد و این میزان بالاترین غلظت تولید فنیل استیل کاربینول در همه روش ها بود. با این حال در شستشوهای بعدی میزان تولید توسط سلول های پوشش داده شده با نانوذرات آهن کاهش یافت. دلیل این امر شسته شدن سلول های پوشش داده شده با نانوذرات آهن و عدم جداسازی کامل آنها و در نتیجه از دست رفتن سلول ها در مراحل بعد می باشد. در صورت جداسازی کامل سلول ها و استفاده ازآهن ربای قوی تر، میزان تولید فنیل استیل کاربینول توسط سلول های پوشش داده شده با نانوذرات آهن بیش از میزان تولید توسط سلول های تثبیت شده بر روی کلسیم آلژینات خواهد بود. کلمات کلیدی: افدرین، l-فنیل استیل کاربینول، پیروات دکربوکسیلاز، تبدیل زیستی, ساکارومایسس سرویزیه

به کارگیری قواعد مهندسی متابولیک در طراحی و تولید کارخانه های سلولی کارآمد، به میزان قابل توجهی به توانایی ما در ارائه تحلیل های سیستماتیک از رفتار متابولیسم مرکزی کربن در توزیع کربن بین مسیرهای متابولیکی مختلف وابسته است. متابولیسم مرکزی کربن شامل مسیرهای گلیکولیز، پنتوز فسفات و چرخه تری کربوکسیلیک اسید تنه اصلی همه مسیرهای متابولیکی در سلول به حساب می آید و کلیه مسیرهای فرعی از آن نشأت می گیرند. در این تحقیق یک مدل سینتیک از تمامی واکنش های متابولیسم مرکزی کربن در باکتری اشریشیاکولی ارائه و پس از تخمین پارامترهای سینتیکی مدل با استفاده از داده های آزمایشگاهی، رفتار شبکه متابولیک مرکزی در پاسخ به پالس گلوکز شبیه سازی می گردد. از طریق مقایسه جواب مدل با نتایج آزمایشگاهی نشان داده می شود که تطابق قابل قبولی بین مدل و شبکه متابولیک وجود دارد. با تحلیل نمودار های غلظت-زمان متابولیت ها، نقاط کلیدی در تنظیم توزیع جریان کربن تخمین زده می شوند. به عنوان نمونه، فسفوانول پیروات یک متابولیت کلیدی در کنترل جریان ورودی گلوکز تشخیص داده می شود. همچنین می توان از اصول و روابط موجود در تحلیل کنترل متابولیک، در کنار داده های حاصل از شبیه سازی مدل، برای محاسبه ضرایب کنترل متابولیت ها بر روی واکنش های مختلف شبکه استفاده کرد.

الفنیلاستیلکاربینول پیشساز اصلی داروهای مختلفی مانند الافدرین، سودوافدرین، نورافدرین، نورسودوافدریت و همچنین آدرنالین، آمفتامین و فنیلآمین است. افدرین به عنوان داروی ضداحتقان و ضدآسم کاربرد پزشکی فراوانی دارد. تولید افدرین توسط سه روش استخراج از عصاره گیاه افدرا، سنتز شیمیایی و روش تبدیل زیستی قابل انجام است. روش تبدیل زیستی به دلیل کارایی بالا، تولید تنها یک شکل ایزومری و خالصسازی آسان روش مناسبتری برای تولید افدرین است. آنزیم های دخیل در مرحله زیستی فرایند آنزیم پیروات دکربوکسیلاز و آنزیم استوهیدروکسیاسیدسنتاز میباشند.این آنزیم ها توسط فعالیت کربولیگازی خود استالدئید فعال و بنزالدئید را با هم ترکیب کرده و تولید الفنیلاستیلکاربینول می کنند. تثبیت سلول ها می تواند شرایطی ایجاد کند که فعالیت کاتالیتیک سلول ها افزایش یابد. سلول های تثبیت شده را می توان به عنوان سلول هایی در نظر گرفت که به صورت فیزیکی در یک ناحیه خاص قرار دارند ولی فعالیت کاتالیتیک آن ها هنوز باقی مانده است. در طی 20 سال گذشته محققان توجه خاصی به کاربرد سلول های تثبیت شده به عنوان یک کاتالیزر زیستی داشته اند. در این پژوهش تولید الفنیلاستیلکاربینول توسط مخمر ساکارومایسس سرویزیه در حالت آزاد وتثبیت شده در دانه های آلژینات کلسیم مورد بررسی قرار گرفت. غلظت 2 گرم بر لیتر بنزالدئید به عنوان مناسب ترین غلظت انتخاب شد. تثبیت سول ها در دانه های آلژینات کلسیم سبب تولید محصول جانبی کم تر و تولید 1.1 گرم ال فنیل استیل کاربینول در هر چرخه تخمیر شد. با استفاده از دانه های آلژینات کلسیم و پلی وینیل الکل میزان محصول دهی به میزان دو برابر شد. هم چنین تولید محصول در کشت غیرمداوم در فرمانتور برابر با ارلین بود. محصول دهی در کشت غیرمداوم خوراک دهی به 13/0 گرم بر لیتر بر ساعت رسید و بازده فرایند به میزان 15% افزایش یافت. در بخش دیگری از این پژوهش ژن استوهیدروکسی اسید سنتاز به صورت سیتوزولی در مخمر ساکارومایسس سرویزیه بیان شد. نتایج نشان دهنده افزایش تولید به میزان 43/1 برابر و هم چنین کاهش در میزان محصول جانبی می باشد.

یکی از پلیمر های مورد توجه در زمینه مهندسی بافت پلی لاکتیک گلایکولیک اسید (plga) است. plga دارای خواص مطلوب زیست سازگاری و زیست تخریب پذیری می باشد ولی دارای خواص سطحی مطلوب برای چسبیدن، تکثیر وگسترش سلول ها نمی باشد. به همین دلیل پلیمرهای طبیعی و مواد معدنی طبیعی را به منظور بهبود برهم کنش بین سلول و داربست و همچنین بهبود خواص مکانیکی به داربست اضافه می کنند. در این تحقیق، ابتدا نانوالیافی از plga، مخلوط plga/gelatin و مخلوطplga/nano silica به روش الکتروریسی تهیه شد. بررسی مورفولوژی نانوالیاف حاصل با میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) نشان داد که بهترین غلظت برای الکتروریسی plga غلظت17% (w/v)، برای مخلوط plga/gelatin غلظت 17% (w/v) با نسبت (75:25) و برای مخلوط plga/nano silica غلظت 17% (w/v) و مقدار 5 و 10 درصد وزنی نانو سلیکا می باشد. سلول-های پیش ساز عصبی pc12 به منظور بررسی زیست سازگاری و سمیت وب های مذکور و بررسی رشد و تکثیر این سلول ها بر روی داربست کشت داده شدند. نتایج میکروسکوپ الکترونی روبشی sem و آنالیز mts assay نشان داد هیچ یک از داربست های تولیدی باعث سمیت نشدند افزایش ژلاتین به داربست plga باعث چسبندگی، رشد و تکثیر بهتر سلول ها و ایجاد زواید سلولی بیشتر شد. و همچنین افزایش نانو سلیکا باعث بهبود خواص مکانیکی داربست وافزایش رشد و تکثیر سلول های پیش ساز عصبی pc12 برروی داربست شد.

در این تحقیق امکان استفاده از نشاسته بلوط به عنوان یک منبع ارزان و ضایعاتی به منظور تولید بوتانل زیستی با استفاده از باکتری کلستریدیوم استوبوتیلیکام بررسی گردید. علی رغم درصد بالای نشاسته میوه بلوط، هیچ گونه حلالی با استفاده از پودر میوه بلوط به دلیل وجود تانیک اسید در میوه بلوط تولید نشد. اثر بازدارندگی تانیک اسید بررسی و مشخص شد که این ماده در غلظت های بالاتر از 10/0 گرم بر لیتر به طور کامل تولید حلال ها (بوتانل، استن و اتانل) را متوقف می کند. به منظور حذف تانیک اسید، پودر میوه بلوط به روش جوشاندن در آب استخراج و حذف گردید. سپس تولید بوتانل با استفاده از نشاسته بلوط تیمار شده در غلظت های مختلف (20، 40 و 60 گرم بر لیتر) بررسی شد. همچنین از نشاسته خالص و گلوکز نیز به عنوان شاهد استفاده شد. برای هر سوبسترای مورد استفاده، در غلظت 20 گرم بر لیتر بالاترین بازدهی حاصل شد که مقادیر آن به ترتیب برای گلوکز، نشاسته خالص و نشاسته بلوط تیمار شده برابر با 21/0±05/43، 48/0±02/40 و 30/0±20/34 گرم حلال به ازاء هر گرم سوبسترای مصرف شده به دست آمد. در مورد گلوکز و نشاسته بلوط تیمار شده، تولید حلال ها با افزایش غلظت سوبسترا از 20 به 60 گرم بر لیتر افزایش یافت. در مورد نشاسته خالص، تولید حلال ها با افزایش غلظت از 20 به 40 گرم بر لیتر افزایش، اما با افزایش غلظت از 40 به 60 گرم بر لیتر تولید حلال ها کاهش یافت. کاهش تولید حلال با افزایش غلظت نشاسته خالص می تواند به دلیل افزایش ویسکوزیته محیط باشد که سبب محدودیت انتقال جرم می گردد. در نشاسته بلوط تیمار شده در غلظت 60 گرم بر لیتر کاهش تولید حلال ها مشاهده نشد. به طور کلی ویسکوزیته نشاسته ژلاتینه که برفعالیت آنزیم ها و واکنش های بیولوژیکی اثرگذار است، به اندازه گرانول ها و ظرفیت آمیلوز یا آمیلوپکتین آن وابسته است. بنابراین عدم کاهش تولید حلال ها از نشاسته بلوط تیمار شده نسبت به نشاسته خالص را می توان به گرانول های کوچک و ظرفیت بالای آمیلوز در آن نسبت داد. به علاوه، به منظور بررسی اثر افزایش مقیاس بر فرایند تخمیر، تولید بوتانل در فرمانتور 5 لیتری با استفاده از نشاسته خالص و نشاسته بلوط تیمار شده به عنوان سوبسترا و در غلظت 20 گرم بر لیتر انجام شد. تولید و بازده حلال ها در فرمانتور مشابه با تخمیر در مقیاس کوچک (ویال های 120 میلی لیتری) بود.

در این تحقیق، تولید میکربی بوتانل با استفاده از باکتری کلستریدیوم استوبوتیلیکام در دو حالت آزاد و تثبیتشده درون کلسیم آلژینات همراه با پلی وینیل الکل بررسیشده است. برای این منظور، از سوبستراهای مختلفی مانند گلوکز، نشاسته تصفیه شده و نشاسته ضایعاتی در غلظت های متفاوت استفادهشدهاست. همچنین عوامل موثر بر تولید بوتانل بررسیشد و مشخصگردید که شوک حرارتی باعث افزایش زمان محصول دهی می شود ولی در مقدار تولید حلال تاثیری ندارد. مایه تلقیح های ? و ?% بررسی و مشخصگردید که تولید حلال در ?% بیشتر میباشد. حداکثر بازدهی تولید حلال برای سوبستراهای گلوکز، نشاسته تصفیه شده و نشاسته ضایعاتی در غلظت ?? گرم بر لیتر از سوبسترا بهدستآمد و به ترتیب ?? و ?? گرم بر لیتر در باکتری بدون شوک حرارتی و با ?% مایه تلقیح بود. در این تحقیق تولید /? ،??/ برابر با ? ? گرم بر لیتر بوتانل از ?? گرم بر لیتر نشاسته ضایعاتی تولید شد. / حلال ها در فرمانتور نیز بررسیگردید که مقدار ?? همچنین تولید بوتانل با استفاده از باکتری تثبیت شده در ژل آلژینات درون فرمانتور طی سه سیکل انجام شد که مقدار ?? گرم بر لیتر از ?? گرم بر لیتر نشاسته ضایعاتی بهدستآمد. نتایج این تحقیق / نهایی بوتانل تولیدی برابر با ?? نشان دهنده امکان استفاده از نشاسته ضایعاتی و نیز سلول های تثبیت شده برای تولید میکربی بوتانل می باشد.

محلول های پلیمری به خصوص سیستم های سه جزیی پلی اتیلن گلیکول -(peg)دکستران-آب نقش بسیار مهمی در جداسازی پروتئین ها و مواد بیولوژیکی دارند. رفتار ترمودینامیکی این گونه سیستم ها به صورت جداسازی دوفازی آبی شناخته شده است . در این تحقیق مدل جدید تابع اضافی انرژی گیبس به نام uniquac-nrf برای مطالعه رفتار تعادلی بخار-مایع محلول های دوجزیی پلیمری و رفتار تعادلی فازی سیستم های سه جزیی-pec دکستران-آب ارائه شده است . در مدل جدید از فرضیه های مدل nrtl-nrf (حق طلب و vera، 1988 و 1990) استفاده شده است . مدل جدید uniquac-nrf برای محلول های دوجزیی و چندجزیی پلیمرها بر حسب فاکتور غیر تصادفی و درنظر گرفتن مرجع تصادفی اجزاء توسعه داده شده است . در این تحقیق همچنین با قرار دادن بخش ترکیبی مدل فلوری-هاگینز به جای معادله گوگنهایم در مدل های uniquac و uniquac-nrf معادلات جدید flory-uniquac و flory-uniquac-nrf ارائه شده اند. مدل uniquac-nrf و سایر معادلات جدید اشاره شده برای پیش بینی رفتار تعادلی تعداد زیادی از محلول های دوجزیی پلیمر-حلال مورد استفاده قرار گرفتند و نشان داده شد که نتایج حاصل از مدل flory-uniquac نسبت به سایر مدل ها مناسب تر است . مدل uniquac-nrf برای پیش بینی رفتار فازی و به خصوص پیش بینی منحنی بینودال سیستم های متعدد -pegدکستران-آب با وزن مولکولی های متفاوت و در دماهای مختلف مورد استفاده قرار گرفت . نتایج بدست آمده از مدل جدید نسبت به سایر مدل ها از دقت بیشتری برخودار است . همچنین نشان داده شد که مدل flory-uniquac نتایج مناسب تری به مدل uniquac برای سیستم های دوجزیی و سه جزیی پیش بینی می کند.