עבודה זו בעיקר נתמך על ידי ARPA-E, חלק מאיתנו במשרד האנרגיה, על ידי מינסוטה הסביבה ועל משאבי הטבע הנאמנות, כמומלץ הוועדה המחוקקת-אזרחים על משאבי מינסוטה, ועל -ידי MNDRIVE, יוזמה של אוניברסיטת מינסוטה. תמיכה נוספת הגיעה מקרן דרייפוס.

1. טייס צמח סטארט-אפ <ol><li>מערכת הייצור חנקן <ol><li>התור על מייבש את האוויר, מדחס אוויר, את החנקן גנרטור. ודא שיש לפחות 800 kPa אוויר במיכל מדחס אוויר. זה ממשיך לשלוח חנקן למיכל מאגר עד לא יותר חמצן 0.004% (40 ppm) החנקן.</li>
		<li>הפעל החנקן גז המאיץ. המאיץ גז מתחיל למלא את מיכלי אספקת חנקן, על לחצים גבוהה כמו 17 MPa.</li>
	</ol></li> <li>מערכת הייצור מימן <ol><li>להפעיל את chiller, היחידה deionization מים, את electrolyzer. Electrolyzer לא יפעלו ללא מערכת אוורור, כי ישנו חיישן הזרימה המודד הלחץ השלילי אוורור כדי לתת את electrolyzer להתחיל. המימן הוא מיוצר עם שיעור של 0.54 ק ג/שעה, כאשר הלחץ פריקה יהיו בערך 1.5 מגפ ס.</li>
		<li>הפעל את המימן גז המאיץ. ודא chiller פועל הנוזל קירור הוא זורם. הטנקים אספקת המימן יהיה מלא עד 17 מגפ ס.</li>
	</ol></li> <li>אמוניה החלקה סטארט-אפ <ol><li>להשתמש במחשב בחדר הבקרה כדי לבצע את הפעולות הבאות: <ol><li>לאמת יציאות החירום לבניית.</li>
			<li>לוודא ריכוזי חמצן, מימן ו אמוניה בבניין הם פחות מ-20%, 19 עמודים לדקה ו- 35 עמודים לדקה, בהתאמה.</li>
			<li>לוודא כי הטנקים אספקת חנקן ומימן מחויב כדי 17 MPa.</li>
			<li>לוודא את הדוגם אמוניה ושסתומים הטנק את משקל נעקפות.</li>
			<li>תתאימי את ההחלקה עם חנקן על-ידי הגדרת את ההחלקה &#39; s חנקן כניסת הרגולטור כדי 2.5 מגפ ס. הגדר את וסת הלחץ חנקן 300 psi, ואז פתח החנקן לעקוף את השסתום כדי למלא את ההחלקה בחנקן 300 psi. לאחר מכן סגור את השסתום חנקן כאשר הלחץ הזה. הגדר המימן הרגיל 1,200 psi ופתח את השסתום מימן כדי לאפשר את החלקה למלא עד 1,200 psi. ולאחר מכן סגור את שסתום מעקף מימן.</li>
			<li>פתח את שסתום כניסת מימן והגדר את ההחלקה &#39; s מימן כניסת הרגולטור כדי 10 MPa.</li>
			<li>להגדיר את וסת הלחץ NH 3 1 מגפ ס.</li>
			<li>להשתמש GUI השליטה בתוכנה כדי לסגור/לפתוח מרובים שסתומים עקיפה על יכול לראות, המדחס אוויר המסתמים.</li>
			<li>להשתמש GUI השליטה תוכנה כדי להפעיל שני בקרי PID כדי להבטיח כי זהו מוזן עם יחס של 1:3 של N 2:2 H 2.</li>
			<li>מ לחדר הבקרה, ואתה משתמש GUI מאסטר שולט תוכנה, להתחיל את ההחלקה. המדחס מתחיל recirculate כמות הדלק ההחלקה, ולהזריק את ההזנה טריים.</li>
			<li>ב- GUI שליטה תוכנה, להגדיר את טמפרטורת התגובה ועיבוי. הטמפרטורות הכור ואת condenser נקבעים כ- 440 ° C ו-25 ° C, בהתאמה. 
			הערה: זה לוקח עד 4 ימים עבור הכור להגיע לטמפרטורה שנקבעה מראש להשיג תנאי מצב יציב.</li>
		</ol></li></ol></li></ol> 2. סטארט אפ מתקן ניסיוני <ol><li>הכנת כור וצמצום <ol><li>שוקלים דור 3 מופחת מראש זרז. להקטין את גודל החלקיקים חלקיקי הזרז פחות מ 1 מ"מ באמצעות ומכתש.</li>
		<li>טען הזרז 0.25, אבובים, ולמקם קוורץ צמר משני הצדדים.</li>
		<li>של בקר PID ושימוש להגביר את טמפרטורת הכור לטמפרטורה התגובה (400 מעלות צלזיוס) עם רמפות המתאים, בעוד מימן זורם דרך הכור עם קצב זרימה של 500 רגיל סמ ק בדקה (SCCM). השתמש רמפות (מסוכם בטבלה 1). 
		הערה: העלייה הטמפרטורה צריכה להיות חלקה מאוד על מנת לקבל את פעילות זרז נכונה.</li>
		<li>המשך תהליך הפחתת ה 24 ודא אין אוויר או טומאה בא במגע עם הזרז. תמיד לשמור את הכור תחת שמיכה חנקן.</li>
	</ol></li> <li>הכנה בולם <ol><li>לטעון 80 גר' של CaCl 2 סופג לתוך העמודה בולם (ID: 2.3 ס מ, אורך: 30 ס"מ). על פי סופג בגדלים שונים, בולם שונים אריזה תומך ייעשה שימוש משני צידי בולם, כדי לשתק את המיטה ארוז.</li>
		<li>כדי להסיר את כל הלחות, מעלה את הטמפרטורה בולם עד 350 ° C ואילו חנקן זורם עם קצב הזרימה של SCCM 200 עבור ה 24</li>
	</ol></li> <li>ההתחלתי התגובה ההפרדה בדיקות <ol><li>להגביר את טמפרטורת הכור, בולם 400 ° C, 180 ° C, בהתאמה. 
		הערה: השתמש רמפות טמפרטורה נאותה כדי להגביר את טמפרטורת הכור. השתמש רובוטריקים כדי להפוך את הפקד טמפרטורה חלקה. לשמור על המערכת הנתמה מתחת לשמיכה חנקן. לפני תחילת כל מבחן, לחייב את המערכת עם חנקן כדי 5 MPa מספר פעמים ולאחר מכן שחרר את הלחץ.</li>
		<li>להשתמש GUI כדי לשלוט על בקרי זרימת מסה מימן וחנקן.</li>
		<li>לחייב את המנגנון כדי הלחצים היעד עם חנקן ומימן, עם היחס של 1:3-</li>
		<li>פעם הלחץ המטרה מושגת לסגור את סופיים, לפתוח את השסתום עודפים של הכור, תדליק את המשאבה recirculating. עקב תגובה אקסותרמית הקליטה, הטמפרטורות הכור, בולם עשויים לדרוש שליטה יותר זהיר בתחילת התהליך.</li>
		<li>להמשיך את הבדיקה עבור 5 שעות, עד הנקודה בולם הפעלת לפריצת.</li>
	</ol></li> <li>Desorption של אמוניה <ol><li>פתח את השסתומים כניסת ולשקע.</li>
		<li>להפחית את המערכת &#39; s הלחץ הלחץ האטמוספרי ולהגדיל את הטמפרטורה של בולם תוך חנקן זורם עם קצב זרימה של SCCM 100 עבור 5 שעות כדי מפסידה אמוניה מתוך החומר סופג.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol>
	<li>Erisman, J. W., Sutton, M. A., Galloway, J., Klimont, Z., Winiwarter, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=How+a+century+of+ammonia+synthesis+changed+the+world.">How a century of ammonia synthesis changed the world.</a> Nat Geosci. 1 (10), 636-639 (2008).</li><li>Vojvodic, A., Medford, A. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Exploring+the+limits:+A+low-pressure,+low-temperature+Haber-Bosch+process.">Exploring the limits: A low-pressure, low-temperature Haber-Bosch process.</a> Chem Phys Lett. 598, 108-112 (2014).</li><li>Jennings, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Catalytic Ammonia Synthesis. , (1991).</li><li>. Nitrogen (Fixed) - Ammonia Available from: <a target="_blank" href="https://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/nitrogen/mcs-2016-nitro.pdf">https://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/nitrogen/mcs-2016-nitro.pdf</a> (2016)</li><li>Wojcik, A., Middleton, H., Damopoulos, I., Van herle, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ammonia+as+a+fuel+in+solid+oxide+fuel+cells.">Ammonia as a fuel in solid oxide fuel cells.</a> J Power Sources. 118 (1-2), 342-348 (2003).</li><li>Zamfirescu, C., Dincer, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Using+ammonia+as+a+sustainable+fuel.">Using ammonia as a sustainable fuel.</a> J Power Sources. 185 (1), 459-465 (2008).</li><li>Christensen, C. H., Johannessen, T., S&#248;rensen, R. Z., N&#248;rskov, J. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Towards+an+ammonia-mediated+hydrogen+economy?.">Towards an ammonia-mediated hydrogen economy?.</a> Catalysis Today. 111 (1-2), 140-144 (2006).</li><li>Hummelsh&#248;j, J. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=reversible+high-density+hydrogen+storage+in+compact+metal+ammine+salts.">reversible high-density hydrogen storage in compact metal ammine salts.</a> J Am Chem Soc. 130 (27), 8660-8668 (2008).</li><li>Ni, M., Leung, M. K. H., Leung, D. Y. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ammonia-fed+solid+oxide+fuel+cells+for+power+generation-A+review.">Ammonia-fed solid oxide fuel cells for power generation-A review.</a> Int J Energy Res. 33 (11), 943-959 (2009).</li><li>Zamfirescu, C., Dincer, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ammonia+as+a+green+fuel+and+hydrogen+source+for+vehicular+applications.">Ammonia as a green fuel and hydrogen source for vehicular applications.</a> Fuel Process Technol. 90 (5), 729-737 (2009).</li><li>Ertl, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+Science+and+Catalysis-Studies+on+the+Mechanism+of+Ammonia+Synthesis:+The+P.+H.+Emmett+Award+Address.">Surface Science and Catalysis-Studies on the Mechanism of Ammonia Synthesis: The P. H. Emmett Award Address.</a> Catal Rev. 21 (2), 201-223 (2006).</li><li>Nielsen, A., Kjaer, J., Bennie, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rate+equation+and+mechanism+of+ammonia+synthesis+at+industrial+conditions.">Rate equation and mechanism of ammonia synthesis at industrial conditions.</a> J Catal. 3 (1), 68-79 (1964).</li><li>. DE-FOA-0001569 Sustainable Ammonia Synthesis Available from: <a target="_blank" href="https://science.energy.gov/~/media/grants/pdf/foas/2016/SC_FOA_0001569.pdf">https://science.energy.gov/~/media/grants/pdf/foas/2016/SC_FOA_0001569.pdf</a> (2016)</li><li>Sustainable Ammonia Synthesis - Exploring the scientific challenges associated with discovering alternative, sustainable processes for ammonia production. DOE Roundtable Report Available from: <a target="_blank" href="https://science.energy.gov/~/media/bes/pdf/reports/2016/SustainableAmmoniaReport.pdf">https://science.energy.gov/~/media/bes/pdf/reports/2016/SustainableAmmoniaReport.pdf</a> (2016)</li><li>Reese, M., Marquart, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Performance+of+a+Small-Scale+Haber+Process.">Performance of a Small-Scale Haber Process.</a> Ind Eng Chem Res. 55 (13), 3742-3750 (2016).</li><li>Schl&#246;gl, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Catalytic+Synthesis+of+Ammonia-A+"Never-Ending+Story".">Catalytic Synthesis of Ammonia-A "Never-Ending Story".</a> Ange Chemie Int Ed. 42 (18), 2004-2008 (2003).</li><li>Dyson, D. C., Simon, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kinetic+Expression+with+Diffusion+Correction+for+Ammonia+Synthesis+on+Industrial+Catalyst.">Kinetic Expression with Diffusion Correction for Ammonia Synthesis on Industrial Catalyst.</a> Ind Eng Chem Fund. 7 (4), 605-610 (1968).</li><li>Temkin, M., Pyzhev, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kinetics+of+ammonia+synthesis+on+promoted+catalysts.">Kinetics of ammonia synthesis on promoted catalysts.</a> Acta Physiochim USSR. 12, 327-356 (1940).</li><li>Annable, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Application+of+the+Temkin+kinetic+equation+to+ammonia+synthesis+in+large-scale+reactors.">Application of the Temkin kinetic equation to ammonia synthesis in large-scale reactors.</a> Chem Eng Sci. 1 (4), 145-154 (1952).</li><li>Guacci, U., Traina, F., Ferraris, G. B., Barisone, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+Application+of+the+Temkin+Equation+in+the+Evaluation+of+Catalysts+for+the+Ammonia+Synthesis.">On the Application of the Temkin Equation in the Evaluation of Catalysts for the Ammonia Synthesis.</a> Ind Eng Chem Prod DD. 16 (2), 166-176 (1977).</li><li>Hummelsh&#248;j, J. S., S&#248;rensen, R. Z., Kustova, M. Y., Johannessen, T., N&#248;rskov, J. K., Christensen, C. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Generation+of+nanopores+during+desorption+of+NH3+from+Mg(NH3)6Cl2.">Generation of nanopores during desorption of NH3 from Mg(NH3)6Cl2.</a> J Am Chem Soc. 128 (1), 16-17 (2006).</li><li>Huberty, M. S., Wagner, A. L., McCormick, A., Cussler, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ammonia+absorption+at+haber+process+conditions.">Ammonia absorption at haber process conditions.</a> AIChE Journal. 58 (11), 3526-3532 (2012).</li><li>Himstedt, H. H., Huberty, M. S., McCormick, A. V., Schmidt, L. D., Cussler, E. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ammonia+synthesis+enhanced+by+magnesium+chloride+absorption.">Ammonia synthesis enhanced by magnesium chloride absorption.</a> AIChE Journal. 61 (4), 1364-1371 (2015).</li><li>Malmali, M., Wei, Y., McCormick, A., Cussler, E. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ammonia+Synthesis+at+Reduced+Pressure+via+Reactive+Separation.">Ammonia Synthesis at Reduced Pressure via Reactive Separation.</a> Ind Eng Chem Res. 55 (33), 8922-8932 (2016).</li><li>Wagner, K., Malmali, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Column+absorption+for+reproducible+cyclic+separation+in+small+scale+ammonia+synthesis.">Column absorption for reproducible cyclic separation in small scale ammonia synthesis.</a> AIChE Journal. , (2017).</li></ol>

המחברים אין לחשוף.

שלבים קריטיים על מנגנוני הקליטה-התגובה ניסיוני:
ודא שאין טומאה אין במערכת חנקן ומימן. החומרים סופג ישתנה לאחר כל מחזור. ברוב המקרים, בטמפרטורה גבוהה, בנוכחות אמוניה, חומרי ספיגה נתיך ויוצרים גדולים רצפת בטון מוצק. על פי המאפיינים התרמודינמית של כל מטאל-הליד, ammine מורכבים, הטמפר...

אמוניה היא חומר כימי תעשייתי מפתח. הוא מיוצר בתהליך הבר – בוש, אשר ידוע בתור אחד החידושים החשובים ביותר של 20ה המאה1,2. אמוניה הסינתזה מתבצעת בנוכחות זרז הטרוגנית בטמפרטורות גבוהות (&#62; 375 ° C), לחצים (&#62; בר 100)3. דרישות טמפרטורה ולחץ גבוהים להפוך אמוניה סינתזה מאוד אנרגיה - ו capital-intensive. כ, 150 מיליון טון של אמוניה מיוצרים כל שנה4, עובייה 1-3% מצריכת האנרגיה של העולם, 5% מצריכת הגז הטבעי, עד 3% של שינוי האקלים גז הפליטה5,6, 7.
אמוניה יש שני שימושים פוטנציאליים הגדולות. ראשית, אמוניה הוא דשן סינטטי חנקן1. בלי זה דשן, חצי מהאוכלוסייה הנוכחית לא תהיה גישה מספיק אוכל. שנית, אמוניה יכול לשמש וקטור אנרגיה, או דלק נוזלי לנייטרלי פחמנית או כמו מימן עקיף המוביל8,9,10,11. בדרך כלל, משאבים מתחדשים (למשל רוח) זמינים באזורים כפריים underpopulated, שבו אפשר ללכוד; סוג זה של אנרגיית הרוח מבודד, השמש נקרא "תקועים". בתרחיש זה, האנרגיות תרמי וחשמלי ממקור אנרגיה מתחדשת מומרים צפיפות האנרגיה אמוניה נוזלית לנייטרלי פחמנית. אמוניה נוזלית המיוצר ואז יוכלו להישלח במרכזים עירוניים, שבו ניתן להשתמש ישירות בתאי דלק אמוניאק12 ו מנועי בעירה פנימית13, או שזה יכול להיות מפורקת לתוך מימן, לאחר מכן ניתן להשתמש בתאי דלק מימן או תחנות מימן. כתוצאה מכך, אנחנו יכולים לעבור את הרוח של הערבות ארה ב באזורים עירוניים צפופים של ארה ב
בעיקר בשל השימוש בדשן, לייצור אמוניה היא כבר לתעשייה. בטמפרטורת החדר, התגובה סינתזה אמוניה היא אקסותרמית ולכן — לפחות עקרונית — ספונטנית14, עם זאת, השגת התגובה בתנאי הסביבה היא קשה מאוד בגלל הקשר חזק חנקן-חנקן 15. להתגבר על זה, פריץ האבר ששלושתנו המשמש בטמפרטורות גבוהות להשגת קינטיקה מהר, אבל בטמפרטורות גבוהות אלה התכוון כי התגובה הפוכה עכבות הייצור. כדי להפחית את העכבות של תגובה הפוכה, הבר שימוש בלחץ גבוה כדי לשפר את ההמרה. הוא ביצע את התגובה בקנה מידה גדול בתוך חבית האקדח, אשר עדיין מעטר את המפעל כ- BASF לודוויגסהפן.
הצורך להשתמש בטמפרטורה גבוהה והן ללחץ כאשר התגובה עלול להיות מסוגל להפעיל בתנאים צנועים הרבה יותר יש כימאים מתוסכל עבור המאה ה2. גם לאחר התהליך היה commercialized, קרל בוש, עמית ענק כ- BASF מתערבלים באמצעות הטבלה המחזורית כולו מחפש זרזים טוב יותר. בעוד בוש היה הצלחה, החיפוש עדיין נמשך אפילו בשנה שעברה, תוכנית מחקר חדשה שמטרתה המבקשים זרז חדש היה יזם16,17. הכימיה מפורט של אמוניה סינתזה עכשיו מובן היטב14, אם החיפוש אחר הזרז החדש הוא מוצלח, זה בהחלט יהיה שווה את המאמץ. עם זאת, לדעתנו, הכישלונות האחרונים להקטין את הסיכוי של ההצלחה בעתיד.
הטקסט הבא, מתואר תהליך סינתזה אמוניה בקנה מידה קטן, המוטיבציה לחקור את תהליך חלופי מבואר.
תהליך בקנה מידה קטן:
אמוניה שנוצרו על-ידי רוח אנחנו משתפרים תהליך הבר-בוש Bosch – עבור סינתזה אמוניה, המבקשים תהליך הרבה יותר קטן, פשוט יותר, אשר יכול להיות מופעל באופן מקומי אלא מייצרת כמות זניחה של פחמן דו-חמצני. הכדאיות של ייצור מקומי אמוניה רוח כבר הוכח ב צמח פיילוט ממוקם מוריס, MN, המוצגת באיור 118. מוריס יושב על הרכס תאו, היווצרות של שישים קילומטרים של גבעות בפינה הדרום-מערבית של מינסוטה. הרכס יש רוח חריג יציב, חזק, מתגלגל ברחבי הערבה. כתוצאה מכך, זה מכה עבור החשמל שנוצר על-ידי רוח.
עם החשמל, אנחנו כבר מייצרים אמוניה רוח, בעזרת צמח זה אשר הוא ארבעים אלף פעמים יותר מאשר פעולות מסחריות קיימות עבור דלקים מאובנים. כמה החשמל שנוצר על-ידי הרוח היא נהגה להכין חנקן מן האוויר על ידי לחץ הנדנדה ספיחה, שיטה הוקמה עבור ההפרדה האוויר נעשה שימוש, לדוגמה, עבור חולים עם אמפיזמה צריכה אוויר מועשר בחמצן. עם זאת, יותר של החשמל משמש כדי להפוך מימן על ידי אלקטרוליזה של מים. גזים אלה משולבים מעל זרז קונבנציונאלי בתהליך סכמטי באיור 2. אחרי התגובה, הגזים מופרדים באמצעות מצמרר לתמצת את אמוניה נוזלית. גזים unreacted, כמו גם את אמוניה uncondensed, הם ממוחזרים.
פרטים של הצמח פיילוט בצמח הטייס שלנו, אוניברסיטת מינסוטה מתחדשת ומימן אמוניה פילוט, החשמל מסופק מן שיתוף ממוקם MW 1.65 טורבינת רוח. הצמח הטייס משתמש כ- 10% של הכוח שנוצר, עם הכוח שנותר בשימוש ב אוניברסיטת מינסוטה, מוריס הקמפוס.
המערכת לייצור מימן משתמש של electrolyzer, מדחס המאיץ chiller תרמי. מערכת זו מייצרת 0.54 ק ג של גז מימן לשעה, המאוחסן ב- psi 2,400 באמצעות 24 קוט ש חשמל. מים מן הבאר באתר מטוהרים באמצעות מערכת אוסמוזה ו- deionization הפוך. המים מסופקים ואז electrolyzer בשיעור של עד 15 ליטר/ה שהחנקן מופק באמצעות מחולל חנקן, מדחס אוויר קדם, מייבש אוויר למדחס המאיץ. גז חנקן מאוחסן ב- psi 2,400 באמצעות כ 6 וואט של חשמל.
הסינתזה של אמוניה משתמש של החלקה מותאם אישית. הוא כולל מדחס, כור, לולאה קירור קירור ותנור חשמלי 20 kW. זהו משתמש כ 28 וואט של חשמל כדי לייצר 2.7 ק ג של אמוניה לשעה שבו מאוחסנת לאחר מכן-150 psi. תהליך הייצור אמוניה נשלטת עם מערכות משולבות PLC ו- HMI. חנקן ומימן המיוצר מאוחסנים באתר ב 18 stora חנקןג ' נרל אלקטריק טנקים ו 54 מיכלי אחסון מימן. התרכובת הכימית היא גם הבמקום המאוחסן בתוך ספינת 3,100 גלון.
רוח הדור הוא היקר החשמל עבור תהליך זה עשוי רוח, אז הדלק לייצור אמוניה היא בחינם, ללא שימוש ללא דלק מאובנים. עם זאת, עלויות ההון עבור מתקן הפיילוט הזה נשלטים על ידי ההשקעות עבור הפקת מימן, סינתזה של אמוניה. הפעולות עד כה מראים כי עלות ביצוע אמוניה בקנה מידה קטן הם על כפול מזה של אמוניה קונבנציונאלי המבוסס על דלקים פוסיליים. בעוד אנו ממשיכים לייעל את התהליך שלנו, אנו מאמינים כי הרוח בקנה מידה קטן שנוצר אמוניה לא יהיו תחרותיים במחירים הנוכחיים גז טבעי. בירת עלויות אמוניה מסת גרם יופחת מתהליך קונבנציונלי רחב יותר, או על ידי תהליך חלופיים ככה תיאר הבא במאמר זה.
תהליך הקליטה:
הספיגה מגביר את הייצור הזרז המשמשים סינתזה אמוניה נותר כמעט ללא שינוי במהלך המאה האחרונה19. כתוצאה מכך, אנחנו ביצעו גישה שונה במחקר זה. החל את הזרז הנוכחי לטמפרטורת ההפעלה, אך אנו סופגים אמוניה-לחצים צנוע ברגע זה נוצר. אנחנו ממחזרים כל unreacted מימן וחנקן. התהליך הוא סכמטי ככה איור 3, דומה לתהליך קונבנציונלי, אבל עם בולם מיטה ארוזה החלפת מעבה.
התגובה הראשונית קינטיקה לא משתנים ניסויים עם המערכת ב המרה נמוך להראות על קצב התגובה הראשונית עקבי עם רבים מהמחקרים קודמות על זו מערכת3,14,15,20,21 , 22 , 23, כפי שמוצג באיור4. החלונית השמאלית מציגה את המחירים הראשונית, המשתנות חריפה עם טמפרטורה. בעוד המחירים הללו גם להשתנות עם לחץ, הווריאציות הם קטנים יותר, כפי שמוצג בלוח הימני. בתהליך החדש שלנו, אנחנו להשתמש באותו זרז דומים לתנאי התפעול, אבל לחפש דרכים כדי לשפר את ייצור אמוניה באמצעות בליעה, בלחץ נמוך. אנו מקווים ובכך להפחית את עלויות ההון של אמוניה סינתזה.
הספיגה מגביר את ההמרה בעבודתנו, החלפנו את מעבה בתהליך קטן עם מיטת ארז, אשר הוא כלי גלילי מלא עם חלקיקים קטנים של כושר ספיגה. הדגישו אנחנו סופגים בעיקר של מגנזיום כלוריד, סידן כלורי11,24. סופגים ammine כאלה יש שני אפקטים. ראשית, הם להפחית את ריכוז אמוניה נוכחות גזים ממוחזר כדי קרוב לאפס. שנית, הם ביעילות להפחית את הזמן עבור הפרדה זו קרוב לאפס. אסטרטגיה זו הוא פרודוקטיבי25,26,27. לדוגמה, באיור 5, אנו מראים כי קצב ביצוע אמוניה, אשר הוא יחסי ירידה הלחץ הכולל במערכת, היא הרבה יותר גדולה עם קליטה מאשר בלי. בפרט, התגובה בבר 90, המוצגת על-ידי העיגולים האדומים, השלמת פחות מאשר התגובה עם כושר ספיגה, שהראה את המשולשים הכחולים27. זה נכון למרות התגובה ללא ספיגה מתקיים, בלחץ כמעט כפול מזה של התגובה עם קליטה. בניסויים קודמות (לא מוצג כאן), אנחנו גם הראו כי ההמרה בסופו של התהליך הוא כ- 20% ללא ספיגה אבל מעל 95% עם כושר ספיגה.
הקצב של התגובה משתנה הרבה פחות עם טמפרטורה עם קליטה מאשר בלעדיו. זה מוצג באיור 6, הכפוף שוב אמוניה סינתזה כמו ללחץ מוחלט לעומת זמן27. שינוי הטמפרטורה התגובה על ידי 60 ° C יש השפעה מועטה על קצב התגובה. זה מנוגד התעריפים הראשונית איור 4, אשר מראה שינוי קצב התגובה של כמעט בסדר גודל. התוצאות איור 4 , איור 6 הן שונות כי השפעת התגובה הפוכה הופחת, כך קינטיקה כימית הם כבר לא אחראי על הקצב הכולל צעד אחד בלבד.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="632">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Experimental Apparatus</td>
			<td style="width:131px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Magnesium Chloride</td>
			<td style="width:131px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">7786-30-3</td>
			<td>St. Louis, MO</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Calcium Chloride</td>
			<td style="width:131px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">10043-52-4</td>
			<td>St. Louis, MO</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Ultra Pure Hydrogen</td>
			<td style="width:131px;">Matheson</td>
			<td>SG PHYF30050</td>
			<td>New Brighton, MN</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Ultra Pure Nitrogen</td>
			<td style="width:131px;">Matheson</td>
			<td>SG G1881112</td>
			<td>New Brighton, MN</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Iron Based Catalyst</td>
			<td style="width:131px;">Clariant/Sud Chemie</td>
			<td style="width:119px;">-</td>
			<td>Charlotte, NC</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Variable Piston Pump</td>
			<td style="width:131px;">PumpWorks Inc.</td>
			<td style="width:119px;">PW2070N</td>
			<td>Minneapolis, MN</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Omega Ceramic Heater</td>
			<td style="width:131px;">Omega</td>
			<td style="width:119px;">CRFC-36/115-A</td>
			<td>Stamford, CT</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">PID Controller</td>
			<td style="width:131px;">Omega</td>
			<td style="width:119px;">CN96211TR</td>
			<td>Stamford, CT</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Signal Conditioner</td>
			<td style="width:131px;">Omega</td>
			<td style="width:119px;">DRG-SC-TC</td>
			<td>Stamford, CT</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Pressure Transducer</td>
			<td style="width:131px;">WIKA</td>
			<td style="width:119px;">50426877</td>
			<td>Lawrenceville, Georgia</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Mass Flow Controller</td>
			<td style="width:131px;">Brooks Instruments</td>
			<td style="width:119px;">SLA5850</td>
			<td>Hatefield, PA</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Name</td>
			<td style="width:131px;">Company</td>
			<td style="width:119px;">Catalog Number</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Pilot Plant</td>
			<td style="width:131px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Electrolyzer</td>
			<td style="width:131px;">Proton OnSite</td>
			<td style="width:119px;">H6 Series</td>
			<td>Wallingford, CT</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Gas Booster</td>
			<td style="width:131px;">PDC Machine</td>
			<td style="width:119px;">3 2500&#160;</td>
			<td>Warminster, PA</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Wind Turbine</td>
			<td style="width:131px;">Vestas</td>
			<td style="width:119px;">V82</td>
			<td>Portland, OR</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Chiller</td>
			<td style="width:131px;">Thermal Care</td>
			<td style="width:119px;">SQ Series</td>
			<td>Niles, IL</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Water Purifier</td>
			<td style="width:131px;">Elga Pure Lab</td>
			<td style="width:119px;">S-15</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Nitrogen Generator</td>
			<td style="width:131px;">Innovative Gas System</td>
			<td style="width:119px;">NS-10</td>
			<td>Huoston, TX</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Air Compressor</td>
			<td style="width:131px;">Hydrovane</td>
			<td style="width:119px;">HV05</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

ammonia synthesis at low pressure

יכול להיות מסונתז אמוניה בלחץ נמוך על ידי שימוש ספיגה סלקטיבי אמוניה. התהליך יכול להיות מונע עם אנרגיית הרוח, זמינים באופן מקומי באזורים הדורשים אמוניה לדישון סינתטי. אנרגיית רוח כזה נקרא "תקועים", לעתים קרובות כי זה זמין רק רחוק ריכוזי אוכלוסייה שבו הוא יכול ישירות לשמש.
בתהליך המוצע לחץ נמוך, חנקן מהאוויר באמצעות לחץ הנדנדה הקליטה, ונוצר מימן מופק על ידי אלקטרוליזה של מים. בזמן גזים אלה יכול להגיב כ 400 מעלות צלזיוס בנוכחות זרז קונבנציונאלי בדרגה, ההמרה לעיתים קרובות מוגבל על ידי התגובה הפוכה, מה שהופך את התגובה הזו אפשרית רק בלחצים גבוהים. מגבלה זו ניתן להסיר על ידי הקליטה על ammine כמו סידן או מגנזיום כלוריד. כזה הלידים מתכת אלקליין ניתן להסיר ביעילות אמוניה, ובכך לדכא את האילוצים שיווי משקל של התגובה. בתהליך סינתזה אמוניה קליטה משופרת המוצע, הקצב של התגובה ואז ניתן לשליטה קינטיקה כימית ולא שיעור הספיגה, אלא לפי הקצב של מיחזור גזים unreacted. התוצאות להשוות לטובה עם אמוניה זני מידה קטן קונבנציונאלי תהליך הבר-בוש – Bosch.

מפעל פיילוט במוריס, MN הוכיח את הכדאיות של שימוש רוח עבור ייצור אמוניה המקומי18, כפי שמוצג באיור1. הרוח מפיקה חשמל, אשר נמצא בשימוש כדי להפוך חנקן ומימן את ספיגת הנדנדה לחץ אוויר ולפנים של אלקטרוליזה של מים, בהתאמה. כור משתמשת זרז קונבנציונאלי לש...

Watch this Scientific Journal Video about Ammonia Synthesis at Low Pressure at JoVE.com

Ammonia Synthesis at Low Pressure

יכול להיות מסונתז אמוניה בלחץ נמוך באמצעות זרז קונבנציונלי וספיגה סלקטיבי של אמוניה.

סינתזה אמוניה בלחץ נמוך

Ammonia can be synthesized at low pressure by the use of an ammonia selective absorbent. The process can be driven with wind energy, available locally in ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

26.3K Views.  University of Minnesota – Twin Cities. יכול להיות מסונתז אמוניה בלחץ נמוך באמצעות זרז קונבנציונלי וספיגה סלקטיבי של אמוניה.

Video: Ammonia Synthesis at Low Pressure

Gold Nanostar Synthesis with a Silver Seed Mediated Growth Method

The physical, chemical and optical properties of nano-scale colloids depend on their material composition, size and shape 1-5. There is a great interest in using nano-colloids for photo-thermal ablation, drug delivery and many other biomedical applications 6. Gold is particularly used because of its low toxicity 7-9. A property of metal nano-colloids is that they can have a strong surface plasmon resonance 10. The peak of the surface plasmon resonance mode depends on the structure and composition of the metal nano-colloids. Since the surface plasmon resonance mode is stimulated with light there is a need to have the peak absorbance in the near infrared where biological tissue transmissivity is maximal 11, 12.
We present a method to synthesize star shaped colloidal gold, also known as star shaped nanoparticles 13-15 or nanostars 16. This method is based on a solution containing silver seeds that are used as the nucleating agent for anisotropic growth of gold colloids 17-22. Scanning electron microscopy (SEM) analysis of the resulting gold colloid showed that 70 % of the nanostructures were nanostars. The other 30 % of the particles were amorphous clusters of decahedra and rhomboids. The absorbance peak of the nanostars was detected to be in the near infrared (840 nm). Thus, our method produces gold nanostars suitable for biomedical applications, particularly for photo-thermal ablation.

We synthesized star shaped gold nanostars using a silver seed mediated growth method. The diameter of the nanostars ranges from 200 to 300 nm and the number of tips vary from 7 to 10. The nanoparticles have a broad surface plasmon resonance mode centered in the near infrared.

זהב Nanostar סינתזה עם שיטת Seed כסף מתווכת צמיחה

The physical, chemical and optical properties of nano-scale colloids depend on their material composition, size and shape 1-5. There is a great interest ...

Induction of Adhesion-dependent Signals Using Low-intensity Ultrasound

In multicellular organisms, cell behavior is dictated by interactions with the extracellular matrix. Consequences of matrix-engagement range from regulation of cell migration and proliferation, to secretion and even differentiation. The signals underlying each of these complex processes arise from the molecular interactions of extracellular matrix receptors on the surface of the cell. Integrins are the prototypic receptors and provide a mechanical link between extracellular matrix and the cytoskeleton, as well as initiating some of the adhesion-dependent signaling cascades. However, it is becoming increasingly apparent that additional transmembrane receptors function alongside the integrins to regulate both the integrin itself and signals downstream. The most elegant of these examples is the transmembrane proteoglycan, syndecan-4, which cooperates with &alpha;5&beta;1-integrin during adhesion to fibronectin. In vivo models demonstrate the importance of syndecan-4 signaling, as syndecan-4-knockout mice exhibit healing retardation due to inefficient fibroblast migration1,2. In wild-type animals, migration of fibroblasts toward a wound is triggered by the appearance of fibronectin that leaks from damaged capillaries and is deposited by macrophages in injured tissue. Therefore there is great interest in discovering strategies that enhance fibronectin-dependent signaling and could accelerate repair processes.
The integrin-mediated and syndecan-4-mediated components of fibronectin-dependent signaling can be separated by stimulating cells with recombinant fibronectin fragments. Although integrin engagement is essential for cell adhesion, certain fibronectin-dependent signals are regulated by syndecan-4. Syndecan-4 activates the Rac1 protrusive signal3, causes integrin redistribution1, triggers recruitment of cytoskeletal molecules, such as vinculin, to focal adhesions4, and thereby induces directional migration3. We have looked for alternative strategies for activating such signals and found that low-intensity pulsed ultrasound (LIPUS) can mimic the effects of syndecan-4 engagement5. In this protocol we describe the method by which 30 mW/cm2, 1.5 MHz ultrasound, pulsed at 1 kHz (Fig. 1) can be applied to fibroblasts in culture (Fig. 2) to induce Rac1 activation and focal adhesion formation. Ultrasound stimulation is applied for a maximum of 20 minutes, as this combination of parameters has been found to be most efficacious for acceleration of clinical fracture repair6. The method uses recombinant fibronectin fragments to engage &alpha;5&beta;1-integrin, without engagement of syndecan-4, and requires inhibition of protein synthesis by cycloheximide to block deposition of additional matrix by the fibroblasts., The positive effect of ultrasound on repair mechanisms is well documented7,8, and by understanding the molecular effect of ultrasound in culture we should be able to refine the therapeutic technique to improve clinical outcomes.

This protocol describes the stimulation of cultured fibroblasts with low-intensity pulsed ultrasound, which drives focal adhesion formation and Rac1 activation by mimicking engagement of the transmembrane matrix receptor, syndecan-4. This approach allows investigation of a successful clinical technique at the cellular level, thereby providing opportunities for refinement of the therapy.

אינדוקציה של אותות הדבקה תלויי שימוש בעוצמה נמוכה אולטראסאונד

In multicellular organisms, cell behavior is dictated by interactions with the extracellular matrix. Consequences of matrix-engagement range from ...

High Throughput Microfluidic Rapid and Low Cost Prototyping Packaging Methods

In this work, 3 different packaging and assembly techniques are presented. They can be classified into two categories: one-time use and reusable packaging techniques.
The one-time use packaging technique employs UV-based and temperature curing epoxies to connect microtubes to access holes, wire-bonding for integrated circuit connections, and silver epoxy for electrical connections. This method is based on a robust assembly technique that can support relatively high pressure close to 1 psi and does not need any support to strengthen the microfluidic architecture.
Reusable packaging techniques consist of PDMS-based microtube interconnectors and anisotropic adhesive films for electrical connections. These devices are more sensitive and fragile. Consequently, Plexiglas support is added to the microfluidic structure to improve the electrical contact when anisotropic adhesive films are used, and also to strengthen the microfluidic architecture. In addition, a micromanipulator is needed to maintain tubes while using a thin PDMS layer to connect them to the access holes. Different PDMS layer thicknesses, ranging from 0.45-3 mm, are tested to compare the best adherence versus injection rates. Applied injection rates are varied from 50-300 &#956;l/hr for 0.45-3 mm PDMS layers, respectively. These techniques are mainly applicable for low-pressure applications. However, they can be extended for high-pressure ones through plasma-oxygen process to permanently seal the PDMS to glass substrates. The main advantage of this technique, besides the fact that it is reusable, consists of keeping the device observable when the microchannel length is very short (in the range of 3 mm or lower).

In this article we describe different techniques for microfluidic rapid prototyping platforms. The proposed techniques are based on ultraviolet (UV) sensitive and temperature curing epoxies, polydimethylsiloxane (PDMS) based tubing, wire-bonding, and anisotropic adhesive films. The assembling procedures presented are developed for both one-time use devices as well as reusable microfluidic systems.

In this work, 3 different packaging and assembly techniques are presented. They can be classified into two categories: one-time use and reusable packaging ...

Synthesis of an Intein-mediated Artificial Protein Hydrogel

We present the synthesis of a highly stable protein hydrogel mediated by a split-intein-catalyzed protein trans-splicing reaction. The building blocks of this hydrogel are two protein block-copolymers each containing a subunit of a trimeric protein that serves as a crosslinker and one half of a split intein. A highly hydrophilic random coil is inserted into one of the block-copolymers for water retention. Mixing of the two protein block copolymers triggers an intein trans-splicing reaction, yielding a polypeptide unit with crosslinkers at either end that rapidly self-assembles into a hydrogel. This hydrogel is very stable under both acidic and basic conditions, at temperatures up to 50 &#176;C, and in organic solvents. The hydrogel rapidly reforms after shear-induced rupture. Incorporation of a &#34;docking station peptide&#34; into the hydrogel building block enables convenient incorporation of &#34;docking protein&#34;-tagged target proteins. The hydrogel is compatible with tissue culture growth media, supports the diffusion of 20 kDa molecules, and enables the immobilization of bioactive globular proteins. The application of the intein-mediated protein hydrogel as an organic-solvent-compatible biocatalyst was demonstrated by encapsulating the horseradish peroxidase enzyme and corroborating its activity.

We present the synthesis of a split-intein-mediated protein hydrogel. The building blocks of this hydrogel are two protein copolymers each containing a subunit of a trimeric protein that serves as a crosslinker and one half of a split intein. Mixing of the two protein copolymers triggers an intein trans-splicing reaction, yielding a polypeptide unit that self-assembles into a hydrogel. This hydrogel is highly pH- and temperature-stable, compatible with organic solvents, and easily incorporates functional globular proteins.

סינתזה של חלבון מלאכותי בתיווך intein Hydrogel

We present the synthesis of a highly stable protein hydrogel mediated by a split-intein-catalyzed protein trans-splicing reaction. The building blocks of ...

Design and Construction of Artificial Extracellular Matrix (aECM) Proteins from Escherichia coli for Skin Tissue Engineering

Recombinant technology is a versatile platform to create novel artificial proteins with tunable properties. For the last decade, many artificial proteins that have incorporated functional domains derived from nature (or created de novo) have been reported. In particular, artificial extracellular matrix (aECM) proteins have been developed; these aECM proteins consist of biological domains taken from fibronectin, laminins and collagens and are combined with structural domains including elastin-like repeats, silk and collagen repeats. To date, aECM proteins have been widely investigated for applications in tissue engineering and wound repair. Recently, Tjin and coworkers developed integrin-specific aECM proteins designed for promoting human skin keratinocyte attachment and propagation. In their work, the aECM proteins incorporate cell binding domains taken from fibronectin, laminin-5 and collagen IV, as well as flanking elastin-like repeats. They demonstrated that the aECM proteins developed in their work were promising candidates for use as substrates in artificial skin. Here, we outline the design and construction of such aECM proteins as well as their purification process using the thermo-responsive characteristics of elastin.

Design and Construction of Artificial Extracellular Matrix aECM Proteins from Escherichia coli for Skin Tissue Engineering

Recombinant technologies have enabled material designers to create novel artificial proteins with customized functionalities for tissue engineering applications. For example, artificial extracellular matrix proteins can be designed to incorporate structural and biological domains derived from native ECMs. Here, we describe the construction and purification of aECM proteins containing elastin-like repeats.

עיצוב ובנייה של תאי מטריקס המלאכותי (aECM) חלבונים מ<em&gt; Coli Escherichia</em&gt; להנדסת רקמות עור

Recombinant technology is a versatile platform to create novel artificial proteins with tunable properties. For the last decade, many artificial proteins ...

Synthesis of Keratin-based Nanofiber for Biomedical Engineering

Electrospinning, due to its versatility and potential for applications in various fields, is being frequently used to fabricate nanofibers. Production of these porous nanofibers is of great interest due to their unique physiochemical properties. Here we elaborate on the fabrication of keratin containing poly (&#949;-caprolactone) (PCL) nanofibers (i.e., PCL/keratin composite fiber). Water soluble keratin was first extracted from human hair and mixed with PCL in different ratios. The blended solution of PCL/keratin was transformed into nanofibrous membranes using a laboratory designed electrospinning set up. Fiber morphology and mechanical properties of the obtained nanofiber were observed and measured using scanning electron microscopy and tensile tester. Furthermore, degradability and chemical properties of the nanofiber were studied by FTIR. SEM images showed uniform surface morphology for PCL/keratin fibers of different compositions. These PCL/keratin fibers also showed excellent mechanical properties such as Young&#39;s modulus and failure point. Fibroblast cells were able to attach and proliferate thus proving good cell viability. Based on the characteristics discussed above, we can strongly argue that the blended nanofibers of natural and synthetic polymers can represent an excellent development of composite materials that can be used for different biomedical applications.

Electrospun nanofibers have a high surface area to weight ratio, excellent mechanical integrity, and support cell growth and proliferation. These nanofibers have a wide range of biomedical applications. Here we fabricate keratin/ PCL nanofibers, using the electrospinning technique, and characterize the fibers for possible applications in tissue engineering.

סינתזה של nanofiber קראטין מבוסס על הנדסה ביו רפואית

Electrospinning, due to its versatility and potential for applications in various fields, is being frequently used to fabricate nanofibers. Production of ...

Rod-based Fabrication of Customizable Soft Robotic Pneumatic Gripper Devices for Delicate Tissue Manipulation

Soft compliant gripping is essential in delicate surgical manipulation for minimizing the risk of tissue grip damage caused by high stress concentrations at the point of contact. It can be achieved by complementing traditional rigid grippers with soft robotic pneumatic gripper devices. This manuscript describes a rod-based approach that combined both 3D-printing and a modified soft lithography technique to fabricate the soft pneumatic gripper. In brief, the pneumatic featureless mold with chamber component is 3D-printed and the rods were used to create the pneumatic channels that connect to the chamber. This protocol eliminates the risk of channels occluding during the sealing process and the need for external air source or related control circuit. The soft gripper consists of a chamber filled with air, and one or more gripper arms with a pneumatic channel in each arm connected to the chamber. The pneumatic channel is positioned close to the outer wall to create different stiffness in the gripper arm. Upon compression of the chamber which generates pressure on the pneumatic channel, the gripper arm will bend inward to form a close grip posture because the outer wall area is more compliant. The soft gripper can be inserted into a 3D-printed handling tool with two different control modes for chamber compression: manual gripper mode with a movable piston, and robotic gripper mode with a linear actuator. The double-arm gripper with two actuatable arms was able to pick up objects of sizes up to 2 mm and yet generate lower compressive forces as compared to elastomer-coated and non-coated rigid grippers. The feasibility of having other designs, such as single-arm or hook gripper, was also demonstrated, which further highlighted the customizability of the soft gripper device, and it's potential to be used in delicate surgical manipulation to reduce the risk of tissue grip damage.

This protocol describes a rod-based approach, combining 3D-printing and soft lithography techniques for fabricating the soft gripper devices. This approach eliminates the need for an external air source by incorporating a chamber component and reduces the chance of occlusion during the sealing process, particularly for miniaturized pneumatic channels.

רוד מבוססי ייצור של מכשירים גריפר פניאומטיים רובוטית להתאמה אישית רך עבור מניפולציה רקמה עדינה

Soft compliant gripping is essential in delicate surgical manipulation for minimizing the risk of tissue grip damage caused by high stress concentrations ...

Synthesis of Hydrogels with Antifouling Properties As Membranes for Water Purification

Hydrogels have been widely utilized to enhance the surface hydrophilicity of membranes for water purification, increasing the antifouling properties and thus achieving stable water permeability through membranes over time. Here, we report a facile method to prepare hydrogels based on zwitterions for membrane applications. Freestanding films can be prepared from sulfobetaine methacrylate (SBMA) with a crosslinker of poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) via photopolymerization. The hydrogels can also be prepared by impregnation into hydrophobic porous supports to enhance the mechanical strength. These films can be characterized by attenuated total reflection Fourier transform infrared spectroscopy (ATR-FTIR) to determine the degree of conversion of the (meth)acrylate groups, using goniometers for hydrophilicity and differential scanning calorimetry (DSC) for polymer chain dynamics. We also report protocols to determine the water permeability in dead-end filtration systems and the effect of foulants (bovine serum albumin, BSA) on membrane performance.

This paper reports practical methods to prepare hydrogels in freestanding films and impregnated membranes and to characterize their physical properties, including water transport properties.

סינתזה של הידרוג עם מאפייני Antifouling ופלטות לטיהור מים

Hydrogels have been widely utilized to enhance the surface hydrophilicity of membranes for water purification, increasing the antifouling properties and ...

Quantifying Microorganisms at Low Concentrations Using Digital Holographic Microscopy (DHM)

Accurately detecting and counting sparse bacterial samples has many applications in the food, beverage, and pharmaceutical processing industries, in medical diagnostics, and for life detection by robotic missions to other planets and moons of the solar system. Currently, sparse bacterial samples are counted by culture plating or epifluorescence microscopy. Culture plates require long incubation times (days to weeks), and epifluorescence microscopy requires extensive staining and concentration of the sample. Here, we demonstrate how to use off-axis digital holographic microscopy (DHM) to enumerate bacteria in very dilute cultures (100-104 cells/mL). First, the construction of the custom DHM is discussed, along with detailed instructions on building a low-cost instrument. The principles of holography are discussed, and a statistical model is used to estimate how long videos should be to detect cells, based on the optical performance characteristics of the instrument and the concentration of the bacterial solution (Table 2). Video detection of cells at 105, 104, 103, and 100 cells/mL is demonstrated in real time using un-reconstructed holograms. Reconstruction of amplitude and phase images is demonstrated using an open-source software package.

Quantifying Microorganisms at Low Concentrations Using Digital Holographic Microscopy DHM

Digital holographic microscopy (DHM) is a volumetric technique that allows imaging samples 50-100X thicker than brightfield microscopy at comparable resolution, with focusing performed post-processing. Here DHM is used for identifying, counting, and tracking microorganisms at very low densities and compared with optical density measurements, plate count, and direct count.

לכימות מיקרואורגניזמים בריכוזים נמוכים באמצעות מיקרוסקופ דיגיטלי הולוגרפי (סוג התושבות שלהם. מופיעים)

Accurately detecting and counting sparse bacterial samples has many applications in the food, beverage, and pharmaceutical processing industries, in ...

Mouse Model of Pressure Ulcers After Spinal Cord Injury

Pressure ulcers (PUs) are common debilitating complications of traumatic spinal cord injury (SCI) and tend to occur in soft tissues around bony prominences. There is, however, little known about the impact of SCI on skin wound healing in the context of animal models in controlled experimental settings. In this study, a simple, non-invasive, reproducible and clinically relevant mouse model of PUs in the context of complete SCI is presented. Adult male mice (Balb/c, 10 weeks old) were shaved and depilated. Post-depilation (24 h), mice were subjected to laminectomy followed by complete spinal cord transection (T9-T10 vertebrae). Immediately after, a skin fold on the back of the mice was lifted and sandwiched between two magnetic discs held in place for next 12 h, thus creating an ischemic area that developed into a PU over the following days. The wounded areas demonstrated tissue edema and epidermal disappearance by day 3 post-magnet application. PUs spontaneously developed and healed. Healing was, however, slower in the SCI mice compared to control non-SCI mice when the wound was created below the level of SCI. Conversely, no difference in healing was seen between SCI and control non-SCI mice when the wound was created above the level of SCI. This model is a potentially useful tool to study the dynamics of skin PU development and healing after SCI, as well as to test therapeutic approaches that may help heal such wounds.

Here, we describe a simple method to induce clinically relevant skin pressure ulcers (PUs) in a mouse model of spinal cord injury (SCI). This model can be used in pre-clinical studies to screen for different therapeutics for healing PUs in SCI patients.

סינתזה אמוניה בלחץ נמוך

Summary

Explore More Videos

Chapters in this video