저자는이 작품의 기술 및 분석 지원 멜라니 프랭크, 피아 Griesheimer, 제시카 HENRICH, 페트라 Janke, 제시카 마이어, 그리고 노르 베르트 Sickinger 감사합니다. BioBoost 프로젝트에서 제공하는 재정 지원이 크게 인정 받고 있습니다. BioBoost는 유럽 R &amp; D 프로젝트는 유럽위원회 (www.bioboost.eu)에 의해 일곱 번째 프레임 워크 프로그램 내에서 계약 282,873에서 공동 투자.

1. 시동 <ol><li> 보조 N 2 공급과 열분해 가스 팬을 시작하여 전체 열분해 축합 시스템을 활성화. 대기 중 질소의 500 L의 시간 -1과 열분해 테스트 장비를 플래시합니다. 프로세스 제어에서 팬의 메뉴를 열고, 반응기 내의 압력은 3-8 밀리바 주위 압력 이상이되도록 공칭 용적 유량을 조정함으로써 팬을 조절한다. 주의 : 특히 시동시, 폭발의 축적의 위험이 있습니다. 이 시스템은 이러한 위험을 완화하기 위해 완전히 불활성해야합니다. </li><li> 펌프 및 균질의 안전한 사용을 허용하기 위해 급냉 시스템 시작 매체로서 에틸렌 글리콜 적당량 바이오 오일 사이클 (즉, 유기물 - 풍부 응축수)를 작성 (예를 들어, 실시 예에서 15kg 주어진). 출발 물질의 중량을 기록한다. </li><li> 적절한 amoun와 수성 응축주기를 채우기물 t 펌프의 안전한 작동을 할 수 있도록 (예를 들어, 예 7kg 주어진). 출발 물질의 중량을 기록한다. </li><li> (500 ° C의 주위에, 예) 공정 제어에 그 메뉴를 열고, 원하는 값을 입력하여, 상기 열 매체 히터 모든 보조 히터를 포함한 시스템을 가열한다. 보조 가열 반응기 자체의 제어되지 않은 증기 응축을 방지하기 위하여 제 1 콘덴서까지 연결 파이프 추천합니다. </li><li> 쿨러에 전환하여 모두 응축 사이클에서 열교환 기의 냉각 사이클을 시작합니다. </li><li> 공정 제어에 자신의 메뉴를 열어 모두 응축 사이클의 펌프를 시작하고 활성화를 클릭합니다. 충분한 냉각 능력을 제공하도록 유량을 조정 같은 메뉴를 사용한다. 예를 들면, 약 350kg hr의 속도로 바이오 오일 재순환 -1 급냉 용기로 분무하기 전에 80 ℃로 냉각. 수성 콘데을 재순환뿐만 아니라 약 600 킬로그램 시간 -1의 속도로 nsate하고, 공급 300kg의 hr의 속도로 물을 냉각 -1 8 ° C에서. </li><li> 전기 집진기에 전환합니다. </li><li> 모두 응축주기가 10 ~ 20 분 동안 실행 한 후, 차단을위한 담금질 시스템의 노즐을 확인하고 차단 존재를 제거합니다. </li><li> 버킷 엘리베이터 및 공정 제어의 열 캐리어 이송 나사의 메뉴를 열어 열 캐리어 루프를 시작하고 활성화를 클릭합니다. 열분해 반응을위한 가열 조건 차지하여 매끄러운 시동을 허용하기 위해, 원하는 반응 온도보다 높은 값으로 열 매체 온도를 설정한다. 예를 들어, 매스 공급을 시작하기 전에 545 ° C에 질량 동작 동안 520 ° C의 온도에서 1,000kg의 시간의 흐름 -1 있지만 열에 열 매체를 공급한다. 주의 : 반응기의 트윈 나사가 열 캐리어 공급되면 자동으로 시작되어 있는지 확인합니다나사가 활성화됩니다. 그렇지 않으면 차단 및 공급 시스템에도 손상의 위험이있다. </li><li> 시스템 후 (즉, 모든 온도)는 원하는 원료와 매스 스토리지를 작성하여 바이오 매스를 공급 시작, 설정 값에 도달 하였다. 이어서, 로크 호퍼를 열고 공정 제어 그들의 활성화에 메뉴를 클릭하여 매스 이송 나사를 시작한다. 천천히 과도한 압력 변동을 방지하기 위하여 공급 속도를 증가시킨다. </li></ol> 2 단계 및 관찰 연속 운전시 필수 <ol><li> 균형을 고려하고 적절한 샘플을 채취하기 위해 공급되는 바이오 매스의 양을 기록한다. </li><li> 원하는 반응기 온도 (열 캐리어의 출구 온도)를 확인하고 그에 따라 열 캐리어 루프의 가열을 조절한다. </li><li> 바람직한 반응기 압력을 유지하기 위해 공칭 체적 유량을 조정함으로써 팬을 조절한다. </li><li> 노즐에서 차단 확인급냉 시스템 (질량 유량 및 / 또는 급냉 온도 상승 강하). </li><li> 조기 과도한 스케일링을 검출하기 위해 클론하여 급냉 시스템에 걸친 압력 강하를 관찰한다. 특히 열분해 증기의 제 1 온도 강하 (급냉 시스템의 통상의 입구)의 시점에서, 동작 중에 과도한 스케일을 제거 할 수있는 적절한 조치를 설치한다. <ol><li> 예를 들어, 기계적으로 스케일링 제거로드를 사용하여 상기 튜브의 단면을 청소. 급냉 시스템으로 공기의 흡입을 방지하기 위해 가스켓로드를 밀봉. 청소가 동작하지 않은 경우 상기 공기 누출을 감소시키기 위해로드의 입구 지점에서 볼 밸브를 설치한다. 주의 :로드를 삽입하여 급냉 시스템의 입구 청소 반응기의 가스 제거를 일시적으로 차단 리드. 이 청소는 &lt;10 초에 수행되는 것을 보장 할 수없는 경우 바이오 매스 공급 중지해야합니다. </li></ol></li><li> 두 축합 사이클의 응축 온도를 모니터링하고 필요에 따라 온도를 처리 온도 조절기의 세트 포인트를 적응. </li><li> 최대 허용 충전 레벨의 80 %에 도달 한 바와 같이 (버퍼 탱크의 크기, 공급되는 바이오 매스의 양 및 유형에 따라) 즉시 사이클에서 응축수를 제거한다. </li><li> 가스상의 측정을 실시한다. 가스의 양뿐만 아니라 조성 (4.5 단계에서 세부 사항을 참조) 측정한다. 참고 : 기본 기체 화합물은 N 2, CO, CO 2, CH 4, O 2, H 2 등이 있습니다. 추가의 화합물은 예컨대 C 2 H 4, C 2 H 6, C 3 H 8과 같이 예상 할 수있다. 가스 측정 시스템의 예는 (단계 4.5 참조)에 대하여 설명한다. 주의 : 열분해 장치의 부분 압력에서 작동하는 경우, 공기의 누설이 폭발의 개발로 이어질 수 있습니다. 매우 밀접 OB하는 것이 좋습니다열분해 가스 중 산소의 양을 제공. </li></ol> 3. 종료 <ol><li> 실험을 중지하려면, 단순히 바이오 매스 공급을 끄고 원하는 원자로 압력을 유지하기 위해 팬을 조절한다. </li><li> 모든 나머지는 열분해 및 제품이 회수되도록 다른 30 ​​~ 40 분 동안 실행 시스템 (열 캐리어 루프 및 응축주기)를 허용합니다. </li><li> 열 캐리어 루프의 난방을 끄십시오. </li><li> 응축주기와 전기 집진기 모두의 펌프의 전원을 끄십시오. </li><li> 빈 모두 응축수 사이클 각각 축합 물의 중량을 기록하고. 잔액을 설정하기 전에 출발 물질의 양 (참조 : 1.2 1.3 단계) 뺀다. </li><li> 숯 컬렉션을위한 컨테이​​너를 불활성 분위기 하에서 상온으로 냉각 할 수있다. 숯의 양을 단다. 주의 : 문자는 자연 발화성 특성을 나타낼 수 있으며,이 물질을 취급 할 때 특정주의를 기울여야한다. </li><li> 클레아신선한 에틸렌 글리콜 바이오 오일 사이클 1 수성 축합주기 N : 물과 에탄올의 혼합물 (1). 적절한 양의 입력 (참조 1.2 및 1.3 단계)과 30 ~ 40 분 동안 실행할 수 있습니다. </li></ol> &#39;드라이&#39;와 &#39;원소 탄소&#39;잔액 설정 4. 필요한 분석 <ol><li> (해당 표준에 대한 예는 괄호 안에 있습니다) 다음과 같은 원료 분석을 수행합니다 : <ol><li> 수분 함량 (17)을 결정합니다. </li><li> 회분 (18)을 결정합니다. </li><li> 원소 탄소, 수소, 질소 함량 (19)을 결정합니다. 주 : 매우 기상 조건의 차이는 원료의 수분 함량에 영향을 미칠 수 있기 때문에, 각 실험 일 수분 함량을 분석하기 위해 추천된다. 로트의 크기에 따라 여러 가지 샘플을 확실하게 공급 원료의 특성을 요구한다. 이러한 섬유 분석되고 높은 가열 값으로 추가 분석권장하지만, 전술 한 균형을 설정하기위한 필수 없다. </li></ol></li><li> (해당 표준의 예는 참고 문헌에 나와있다) 다음 숯 분말 분석을 수행합니다 : <ol><li> 수분 함량 (17)을 결정합니다. </li><li> 회분 (18)을 결정합니다. </li><li> 원소 탄소, 수소, 질소 함량 (19)을 결정합니다. 주 : 잔액을 설정하는 과정을 떠날 때 문자가 더 수분이없는 것으로한다. 수분 권취가 분석 과정에서 발생할 수 있으며, 수분 함량은 다른 두 분석의 보정 요구된다. </li></ol></li><li> (해당 표준이나 다른 추천 방법의 예는 괄호 안에 있습니다) 다음과 같은 바이오 오일 분석을 수행합니다 : <ol><li> 표준 프로토콜에 따른 체적 카를 피셔 적정에 의해 물의 함량을 측정. 건조한 메탄올 중의 샘플을 용해시키고, 염기의 혼합물을 적정 SO 2그리고 나는이 알려진 농도 (재료의 상세한 예는 물질 목록에 나와있다). 물을 각 몰은 I 2의 1 몰과 반응. </li><li> FPBO의 3,040g 샘플을 취함으로써 고형분 함량을 측정 및 약 100 ㎖의 최종 용액 부피의 메탄올에 용해. 실온에서 10 분 동안 용액을 교반 하였다. 2.5 ㎛의 입자 보유에서 셀룰로오스 필터를 통해 용액을 여과하고 투명한 여액을 수득 될 때까지 메탄올로 충분히 잔류 린스. 하룻밤 105 ° C에서 고체 잔류 물을 건조하고 잔류 무게를 결정합니다. </li><li> 원소 탄소, 수소, 질소 함량 (19)을 결정합니다. </li><li> 표준 프로토콜에 따라 1 H NMR 분석에 의해 에틸렌 글리콜의 함량을 결정한다. 3- (트리메틸 실릴) 중 메탄올의 용액에 FPBO 샘플을 용해 프로피온산 -2,2,3,3- D -4- 술폰산 나트륨 염 참고 자료로 (TMSP) (약 0.1g FPBO 0.8 g 용액). 예를 들어, 용액을 44 g의 메탄올 및 0.1 g의 TMSP를 포함 할 수있다. 고형물을 제거하기 위해 용해 된 샘플을 원심 분리기. 1 H 핵 자기 공명 분광법 (NMR)에 의해 샘플을 분석한다. 에틸렌 글리콜의 수산기는 3.55-3.65 ppm에서 피크를 나타낸다. TMSP의 기준 피크를 0ppm 부근 나타나고 에틸렌 글리콜 함량을 정량화하는데 사용된다. 참고 : 순수 에틸렌 글리콜 시동은 1 응축기에서 응축의 희석에 연결됩니다. 이것은 질량 및 에너지 균형의 계산 결과의 표현이 고려 될 필요가있다. 개개의 화학적 화합물을 식별하는 것이 매우 바람직하다. 이러한 분석 방법으로 인해 상이한 화합물의 수많은 응축수 행렬의 특성으로 매우 복잡하다. 이러한 분석에 대한 설명은이 문서의 범위를 벗어납니다. 또한, 상기 한 분석은 단순히 설정에 필요한 지적되어야잔액이 제품으로 바이오 오일을 설명하기에 충분하지 않다. FPBO 응용 프로그램을 포함 표준 준비에 있습니다. </li></ol></li><li> (해당 표준의 예는 괄호 안에 있습니다) 다음 수성 응축수 분석을 수행합니다 : <ol><li> 체적 카를 피셔 적정에 의해 물 함량을 (4.3.1 참조)를 결정한다. </li><li> 불려 나가지 않은 유기 탄소 (20)과 총 유기 탄소를 결정합니다. 참고 : 시동 번째 응축기에서 응축의 희석에 순수 리드와 함께. 이것은 질량 및 에너지 균형의 계산 결과의 표현이 고려 될 필요가있다. </li></ol></li><li> 조성물은 시간에 따라 상당히 변화하므로 실험에 걸쳐 기체 조성물을 모니터링. 예를 들어, 프로세스 가스 크로마토 매 30-60 분 여기에 제시된 실험 동안 생성물 기체를 분석한다. 네, H 2, CO, CO 2, N 2 : 다음의 가스 종을 분석, O 2, CH 4, 알칸 / 알켄 C 2 -C 5 구성 요소. <ol><li> 참고로 반응기에 네 일정한 가스 흐름을 주입한다. 기준 체적 흐름의 평균 가스 조성비의 실험 기간과 종이의 밀도에 따라 각 가스 종의 질량을 계산한다. 열분해 가스의 수분 함량을 결정하기 위해, 마지막 응축기의 출구 온도에서 포화 상태를 가정한다. </li></ol></li></ol>

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The authors have nothing to disclose.

모든 실험의 경우, 예를 들면 열 담체 및 응축 사이클 모두의 원료 물질의 크기, 공급 속도, 압력, 반응 온도, 응축 온도 및 유량 등의 처리 조건은 동일하게 하였다. 물론, 규​​정 범위 내에서의 변화는 피할 수 없다. 여기에 제시된 프로세스 현상 유니트 등의 시험 공장 재현성 실험 변동의 허용 가능한 범위 및 작동에 필요한 시간은 연산 및 / 또는 경험에 의해 결정되어야한다. 예를 들어, 반응기를 떠나는 가열 매체의 온도에 의해 지시되는 반응기 온도는 상기 전체 매스 용량 반응의 시작부터 반응의 전체에 걸쳐 35 ℃의 표준 편차 제어 바이오 매스 공급 (일반적으로 약 4 시간)의 중지합니다. 반응기 내의 압력은 300 내지 500 Pa의 표준 편차에 의해 제어된다. 압력 피크 fluc로 인해 발생하기 쉽다바이오 매스 공급에 tuations. 그러한 변동을 최소화하여 일정한 매스 흐름을 보장하기 위해 고려되는 바이오 물질 이송 나사 시스템을 조정하기 위해 추천된다. 제 1 및 제 2 응축기에서 응축 온도가 각각 37 ° C의 표준 편차 1 ℃로 유지 하였다. 이는 제시된 모든 실험은 동일한 반응기 온도 (500 ° C)에서 수행 된 시점에서 주목해야한다. 이 온도는 반드시 각각의 특정 원료 (22)에 대해 존재하는 최적의 빠른 열분해 온도를 반영하지 않습니다. 반응기 온도의 변화는 더 높은 유기 오일 수율에 최적화 된 열분해 온도가 발생할 수 있습니다. 분산 방법의 선택은 고 회분으로 바이오 매스를 사용할 때 분별 응축을인가하고, 특히 미생물의 빠른 열분해를위한 단순하지 않다. balancin의 세 가지 유형g는 앞 절에서 제시되었다. 그것은 실제 제품 유통을 예상 할 수있는 바와 같이보고 &#39;받은&#39;기초 생성물 분획의 수율을보고하는 것은 그러한 장치 및 저장 용량의 설계로 실제적인 고려에 유리하다. 그러나, 이러한 값은 원료의 수분과 회분의 내용에 의해 가려한다. 예를 들어, 짚, 임업 및 가지 치기 잔류 및 생물 &#39;폐기물&#39;- - 특히 잔여 바이오 매스 이러한 원료는 표 1 참조, 물, 무기 콘텐츠의 넓은 범위를 가지고이 문제입니다. 이 원료 상이한 수분 함량의 효과를 제거 같은 &quot;건조 기준 &#39;바이오 매스 과정 공통 밸런싱 방법은 여러 연구들 사이의 비교에 유용한 대부분이다. 그러나, 특정 촉촉한 원료 실험에서이 계산 된 값이 반드시 reflec하지 않는 것을 지적해야한다그것은 완전히 물리적으로 건조 된 경우 t 행동이 특정 원료의 수율은 실험 전에 의미한다. 이는 수분이 열분해 (23)의 수율 분포에 영향을 미치는 것으로 알려져 있으며, 평가와 &#39;건조&#39;잔액을 비교할 때이를 염두에 두어야한다. 무기질은 주로 문자에 결국 초기 수분 함량과 유사 결과를 불명료하기 때문에 또한, &#39;건조 기준&#39;에 대한 질량 균형 높은 회분 함량이 공급 원료에 부적합하다. 그들은 차 열분해 반응을 촉진하기 때문에 마찬가지로 물, 미네랄이 높은 문자 낮은 바이오 오일 수율로 이어지는 실제 열분해 반응 네트워크에 영향을 미칩니다. 잔고가 회분에 대해 보정하는 경우 이러한 효과는 과학적 근거하여 평가 될 수있다. 이를 달성하는 방법 중 하나는 탄소 균형을 설정하는 것이다. 도 2 및도 4의 비교로부터, 증가 된 고체 yie 것을 알 수있다억새에 비해 밀 짚의 열분해 후 관찰 LD,하지만 인해 과정에서 형성된 유기 고체의 증가 비율에뿐만 아니라 인해 문자로 회수되는 무기 물질이다. 원소 탄소 균형의 또 다른 이점은 생물학적 탄소, 즉, 회수 된 생성물 분획의 분포의 운명을 보여주는 것이다. 예를 들면, 열분해 가스화하고, 여기에 제시된 경우와 합성 - - 이는보다 복잡한 변환 체인의 평가에 중요 생물 탄소를 가능한 한 효율적으로 사용되어야하기 때문이다. 이후 바이오 기초 경제 매스의 중요한 역할 중 하나는, 따라서 화석 자원으로부터 탄소를 대체 상품의 광범위한 생체 탄소를 제공하는 것이다. 이축 혼합 반응기에서 빠른 열분해에 대한 발표 프로토콜은 일부 조정 서로 다른 저울에 실현 될 수있다. 티그는 10kg의 시간의 공급 용량 단위의 경우를 제시 -1 운영 복잡성 및 처리 동작에 대한 의미있는 결과 간의 타협 가능한 것으로 입증되었다. 그것은 모두 바이오 매스 및 공정 조건의 최적화의 다른 유형의 스크리닝에 적용될 수있다. 거친 고체 잔류 물이 열 캐리어주기에 축적 될 경우 특정 원료 특성이 불리한 공정 작업으로 이어질 수 있기 때문에 특정 바이오 매스 원료를 테스트하는 것은 매우 중요합니다. 이러한 축적 결과 섹션에 제공된 바이오 관찰되지 않았다하지만 제시된 프로세스의 적용을 제한하는 큰 입자 크기 (&gt; 1mm)으로 매우 어려운 생체 재료에 대해 관찰되었다. 이 문제는 동시 부분 연소와 열 캐리어의 공기 교통 열 캐리어 루프의 다른 디자인, 예를 들어, 감소 될 수있다.

화석 탄소원 대안으로 바이오 매스의 사용은 지구 기후에 사회 활동의 효과를 감소시키기위한 점점 더 중요 해지고있다. 이 풍력 및 태양 광 등의 신 재생 에너지 원을 존재하지만, 바이오 매스는 현재까지 유일한 신 재생 탄소원을 나타냅니다. 따라서, 바이오 매스의 가장 효율적인 사용은 화학 전문 액체 연료의 생산이다. 잔류 바이오 매스 사료, 식품 및 화학 / 연료 생산 간의 경쟁을 감소시키기 위해 사용되어야한다. 이러한 잔류 물은 종종 따라서 산업 규모 애플리케이션을위한 물류 도전을 제시, 낮은 벌크 밀도가 있습니다. 이러한 과제를 해결하기 위해, bioliq 개념의 기술 (1)의 칼 스루 연구소에서 개발되었다. 그것은 에너지 밀도가 중간 (bioslurry), 합성하는 중앙 가스화 장치의 후속 변환에 잔류 바이오 매스 변환하는 분산 첫 번째 단계를 제공합니다기체 및 목적 생성물 (들)에 대해 최종 합성. 기화 및 합성 유닛은 상업적 조작을 달성하기 위해 동일한 부위에 요구되는 공업 적 규모로 설계 될 수있다. 개념에서 전문 연료 첨가제 및 대량 화학 물질에 2-5로 연료 드롭에 이르기까지 다양한 제품 수 있습니다. 이 논문은 빠른 열분해가 중간 bioslurry에 잔류 바이오 매스를 변환하는 데 사용되는 첫 번째 단계를 제공합니다. 고속 열분해 &lt;2 초 (6)의 제조 열분해 증기의 체류 시간은 전형적으로 450-500 ℃의 반응 온도에서 불활성 분위기에서의 바이오 매스의 급속 가열을 특징으로한다. 가장 일반적으로, 유동층 반응기 빠른 열분해를 수행하기 위해 사용되지만 또한 구체적 반응 조건 (7)을 최적화하도록 다른 반응기 디자인이 존재한다. 다음에 제시된 작업 이축 혼합 반응기로 진행되고있다. 이미 꿀벌이 강력한 기술을 제공합니다N은 석탄의 열분해과 오일 샌드 (8)에 대한 파일럿 규모 산업 규모에 적용 하였다. 이축 혼합 반응기의 목적은 고체, 예열 열교환 담체와 고체 바이오 피드를 혼합하는 것이다. 요구 혼합 빠르고 열분해 조건에​​서 바이오 매스 변환에 필요한 가열 속도를 달성하기 위해 충분히 철저한한다. 또한, 양의 바이오 매스 열 담체 입자의 크기는 높은 열 전달 계수 및 입자 짧은 가열 시간을 달성하기 위해 작게 할 필요가있다. 기술의 카를 스루에 연구소 (KIT), 10kg의 시간의 바이오 매스 입력 수용 할 수있는 공정 개발 장치의 촉매 연구 및 기술 연구소 (IKFT)에서 -1 십년 이상 운영하고있다. 그것은 버킷 엘리베이터 내부 재순환 및 전기 난방 시스템 - 가열 다시 열 캐리어로 강철 공을 사용합니다. 주요 목적은 노소를 조사했다가스화에서 제품의 사용 원료 9-11의 넓은 범위에 대한 적합성을 검증하도록 하였다 nique 생성물 회수 기술. 더 큰 파일럿 플랜트는 5 년 동안 운영하고있다 500kg의 시간 -1의 바이오 매스 입력 용량이 연구에 병렬로 지어졌다. 이 뜨거운 리프트 기체에 의해 공기압 재순환 추가적으로 혼입 숯 입자 1,12-의 부분 연소에 의해 가열 된 열 반송로 모래를 이용한다. 실험 방법의 설명은 그 생성물 회수 부를 더 파일럿 플랜트 설계 (13)를 닮은 개조 된 후 작은 공정 현상 유닛에 기초한다. 이 실험 장치의 유동 방식은도 1에 도시되어있다. 가스화에 사용하기 위해 빠른 열분해 바이오 오일 (FPBO)에 대한 해당 제품의 요구 사항을주의하는 것이 종래의 FPB을 위해 개발 된 것과 다른 중요하다, O 일반적으로 직접 연료 응용 프로그램 (14)를 대상으로한다. 가장 중요한 FPBO의 고체 함량이 매우 낮은 일 필요는 없습니다. 사실, 기화 및 드롭 연료의 후속 합성 가능한 탄소의 양을 증가시키기 위하여 변환 과정에서 얻은 숯으로 생성 FPBO를 혼합하는 것이 바람직하다. 이러한 사실은 다른 출판 여기에 제시된 실험 구성 빠른 열분해 실험 설계의 차이를 이해하는 것이 중요하다. 또 다른 중요한 차이점은 조사중인 바이오 매스 변환 개념이 구체적으로 밀 밀짚과 같은 농업 잔류를 위해 설계되었다는 사실이다. 일반적으로, 공급 원료 이런 종류의 화산재의 많은 부분이 포함되어 있습니다. 애쉬는 상당히 빠른 열분해 생성물 분포에 영향을 미치는 것으로 알려져있다. 이는 유기 응축수 (OC) 고체 및 기체 생성물 10,15,16 모두 증가의 감소를 이끈다. 이러한 사실은 회계모두 여기에 제시된 실험 구성 및 전체 공정 체인의 디자인이다. 대부분의 산업 설비는 낮은 회분 나무에서 실행 단순히 내부적으로 고체를 구울 수 있습니다. 이것은 외부 사용을위한 열을 추가 생산으로 이어집니다. 고 회분으로 공급 원료를 사용하는 경우, 문자를 효율적 13 표기 그 부산물 중요하다.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1014">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:232px;">Wheat straw</td>
			<td style="width:284px;">D&#246;rrmann Kraichtal-M&#252;nzesheim</td>
			<td style="width:141px;">n/a</td>
			<td style="width:357px;">Triticum aestivum L.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:232px;">Scrap wood</td>
			<td style="width:284px;">Rettenmeier Holding AG</td>
			<td style="width:141px;">n/a</td>
			<td>According to class A2 of the German scrap wood decree (AltholzV &#167;2): glued, coated, painted, or otherwise treated scrap wood without organic halogen compounds and wood preservatives</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:232px;">Miscanthus</td>
			<td style="width:284px;">Hotel-Heizungsbau Kraichgau-Odenwald</td>
			<td style="width:141px;">n/a</td>
			<td>Miscanthus xGiganteus</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:232px;">Ethylene glycol</td>
			<td style="width:284px;">H&#228;ffner GmbH &#38; Co KG</td>
			<td style="width:141px;">1042090220600</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:232px;">Ethanol</td>
			<td style="width:284px;">H&#228;ffner GmbH &#38; Co KG</td>
			<td style="width:141px;">1026800150600</td>
			<td>Grade 99.9 %</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:232px;">Nitrogen</td>
			<td style="width:284px;">KIT</td>
			<td style="width:141px;">n/a</td>
			<td>Supplied by internal nitrogen pressure system.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:232px;">Pyrolysis test rig</td>
			<td style="width:284px;">self-built</td>
			<td style="width:141px;">n/a</td>
			<td>Flow scheme is illustrated in manuscript.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:232px;">Name</td>
			<td style="width:284px;">Company</td>
			<td style="width:141px;">Catalog Number</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:232px;">Analyses:</td>
			<td style="width:284px;"></td>
			<td style="width:141px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:232px;">Gas chromatograph Daniel 700</td>
			<td style="width:284px;">Emerson Process Management</td>
			<td style="width:141px;">n/a</td>
			<td>Designed for this specific application by Emerson; two 20 % SF 96 columns, two HAYESEP N columns, and one MS-5A washed column; carrier gas is helium</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:232px;">Helium</td>
			<td style="width:284px;">Air Liquide</td>
			<td style="width:141px;">P0252L50R2A001</td>
			<td>Grade 6.0</td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:232px;">Gas mixture for calibration</td>
			<td style="width:284px;">basi Sch&#246;berl GmbH &#38; Co. KG</td>
			<td style="width:141px;">FG 10002</td>
			<td>Specified gas composition: 5 % Ne, 2 % O2, 20 % CO, 30 % CO2, 5 % CH4, 5 % H2, 2 % C2H6, 0.5 % C3H8, 0.5 % C4H10, 0.5 % C5H12, remainder N2.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:232px;">Neon</td>
			<td style="width:284px;">Air Liquide</td>
			<td style="width:141px;">P0890S10R2A001</td>
			<td>Grade 4.0; used as fixed reference gas flow; not necessarily required and is only given as an example for quantifying the pyrolysis gas flow.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Elementaranalysator CHN628</td>
			<td style="width:284px;">Leco Instrumente GmbH</td>
			<td style="width:141px;">622-000-000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">TGA701</td>
			<td style="width:284px;">Leco Instrumente GmbH</td>
			<td style="width:141px;">n/a</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:232px;">DIMATOC 2000</td>
			<td style="width:284px;">Dimatec</td>
			<td style="width:141px;">n/a</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:232px;">Hydranal methanol dry</td>
			<td style="width:284px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:141px;">34741</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:232px;">Hydranal composite V</td>
			<td style="width:284px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:141px;">34805</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">841 Titrando</td>
			<td style="width:284px;">Deutsche Metrohm GmbH &#38; Co. KG</td>
			<td style="width:141px;">2.841.0010</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:232px;">774 Oven Sample Processor</td>
			<td style="width:284px;">Deutsche Metrohm GmbH &#38; Co. KG</td>
			<td style="width:141px;">2.774.0010</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:232px;">800 Dosino</td>
			<td style="width:284px;">Deutsche Metrohm GmbH &#38; Co. KG</td>
			<td style="width:141px;">2.800.0010</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:232px;">801 Stirrer</td>
			<td style="width:284px;">Deutsche Metrohm GmbH &#38; Co. KG</td>
			<td style="width:141px;">2.801.0010</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:232px;">Methanol</td>
			<td style="width:284px;">Carl Roth GmbH &#38; Co KG</td>
			<td style="width:141px;">83884</td>
			<td>99% for synthesis</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:232px;">Whatman cellulose filter grade 42</td>
			<td style="width:284px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:141px;">WHA1442090</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:232px;">Methanol-D4</td>
			<td style="width:284px;">Sigma Aldrich</td>
			<td align="right" style="width:141px;">151947</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="46">
			<td height="46" style="height:46px;width:232px;">3-(Trimethylsilyl)propionic-2,2,3,3-d4 acid sodium salt</td>
			<td style="width:284px;">Sigma Aldrich</td>
			<td align="right" style="width:141px;">269913</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:232px;">BZH&#160;250&#160;MHz</td>
			<td style="width:284px;">Bruker</td>
			<td style="width:141px;">n/a</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fast pyrolysis of biomass residues in a twin-screw mixing reactor

빠른 열분해은 점점 전 세계적으로 상용 식물에 적용되고있다. 그들은 빠른 열분해와 변환을위한 유리한 특성을 가지고 목질 바이오 매스에 독점적으로 실행합니다. 식품 생산, 바이오 매스의 에너지 및 / 또는 물질 사용의 시너지 효과를 높이기 위해서는, 농산물, 예 빨대 잔기를 이용하는 것이 바람직하다. 제시된 방법은 공업 적 규모 등의 재료로 변환하기에 적합하다. 주요 기능은 제시되는 몇몇 매스 잔기의 전환 질량 균형의 예를 설명한다. 유기 풍부한 수성 리치 한 - 변환 후, 분별 응축 두 축합을 검색하기 위해 적용된다. 이 디자인은 상 분리를 나타내는 고속 열분해 바이오 오일의 생산을 방지한다. 2 상 바이오 오일 때문에 반응 중에 물의 생성을 촉진 짚 미생물의 통상 높은 회분 함량 기대 될변환. 분별 응축 고 회분으로 바이오 매스의 이용은 모두 균형을 확립하기위한 신중한 접근 방식을 요구하고있다. 하지 잔액의 모든 종류의 의미와 문학에서 다른 결과를 비교 표입니다. 다른 분산 방법이 제시되며, 그들로부터 도출 될 수있는 정보를 설명한다.

다양한 형태의 바이오 매스가 성공적 IKFT / 현재의 설정으로 KIT에서 열분해 유닛에서 열분해 하였다. 예를 들어, 세 가지 다른 원료 (밀 밀짚, 억새, 스크랩 나무)가 설명 된 절차에 따라 열분해 후 자신의 특성과 수율에 관한 비교 하​​였다. 균형 방법의 다른 종류의 표시 및 재 풍부한 원료에 대한 그들의 적용에 관하여 설명합니다. 이는 균형 각 분획의 응집 상태에 따라 산출 요약되었음을 주목하는 것이 중요하다. 제 1 콘덴서에서 회수 된 바이오 오일은 여전히​​ 사이클론에 의해 제거되지 않은 고체를 포함한다. 이들은 잔액에 별도로 표시됩니다. 비교 통계 평가를 위해 바이오 오일의 고형분 함량은 클론으로부터 회수 숯 분획에 첨가 하였다. 에 &#39;받은&#39;기초하여,고형물 수율, 즉 바이오 오일 클론 및 숯을 통해 회수 본 CHAR는 조사 원료에 대한 중량 14~25%의 범위에있다. 가스 생산량은 3 바이오 매스 (그림 2 참조) (20 % 정도) 상대적으로 비슷한 반면 두 콘덴서에서 회수 된 총 응축수 수익률은 중량 53-66% 이르기까지 다양합니다. 값 생성물 분획의 실제 양에 대한 유용한 정보를 제공 &#39;받은&#39;이이 종류의 빠른 열분해 설비 예상된다. 그러나, 문헌에서 총 액체 유기 수율이 가장 일반적으로, 건조 기준으로보고 즉, 응축 및 공급에서 반응의 수분과 물을 제외. 균형이 가지 장점은 초기 매스 본 수분이 결과에 영향을주지 않기 때문이다. 이러한 수분 함량은 인위적 &#39;받은&#39;B의 축합 수율을 증가시킬alance. 비교의 이유를 들어, 그림 3은 건조 기준에 유기 오일 수율 및 반응 물을 보여줍니다. 본 연구에서는 유기 오일 생산량 증가 공급 원료 밀 짚의 (1.5 중량 % - - 2.7 9.2) - 억새 - 재 함량 감소와 함께 (35 - 50 중량 % - 46) 스크랩 나무 (표 1 참조). 이는 다른 연구 10,15,16에서 관측과 일치한다. 반응 수율 물의 12-14 중량 % 내지 비교적 좁은 범위에있다. 건조 기준에 질량 균형은 여전히​​ 직접 공급 원료의 회분에 의해 영향을받습니다. 바이오 매스 물질에 포함 된 광물은 인위적으로 모두 &#39;받은&#39;와 &#39;건조&#39;균형에서 고체의 수율을 증가시킬 것이다. 따라서, 원소 탄소 균형들은 바이오 매스의 열 화학적 전환 반응의 차이를 평가하기 위해 더 적합한 것으로 나타 때문에 측정 하였다 (도 4 참조 </st룽&gt;). 이것은 탄소의 큰 부분은 바이오 오일 (중량 44-54%) 및 ​​열분해 숯 같은 고체 형태 24~32%의 질량 분획에서 회수되는 것이 명백해진다. 탄소 내지 약 16~19%은 고체 또는 액체 형태로 회수하고, 열분해 가스 식물 잎 아니다. 상업용 설비에서,이 가스는 내연 기관 장치에있어서 에너지 회수 이유로 재순환 될 것이다. 탄소의 3-4 %의 질량 분율 중량 약 80 %의 수분 함량을 갖는 수성 축합에 회수된다. 이 여기에 제시된 분별 응축 설정의 효과를 확인합니다. <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td></td><td> 밀 밀짚 </td><td> 억새 </td><td> 스크랩 나무 </td></tr><tr><td> 물, 아칸소 </td><td> 9.6 </td><td> 10.1 </td><td> 15.2 </td></tr><tr><td> 애쉬, D </td><td> 9.2 </td><td> 2.7 </td><td> 1.5 </td></tr><tr><td> 탄소, D </td><td> 46.​​1 </td><td> 48.6 </td><td> 49.8 </td></tr><tr><td> 수소, D </td><td> 5.7 </td><td> 5.9 </td><td> 6.1 </td></tr><tr><td> 질소, D </td><td> &lt;0.5 </td><td> &lt;0.5 </td><td> &lt;0.5 </td></tr><tr><td colspan="4"> AR :받은, D : 건조 기준 (21) </td></tr></tbody></table> 사용되는 다른 원료 표 1. 선택한 속성. 모든 값은 질량 분율 (%)을 나타냅니다. <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/54395/54395fig1.jpg" /> 실험 설정. 1) 바이오 매스 스토리지 그림 1. 흐름도. 2) 잠금 호퍼 시스템. 3) 바이오 매스 투여. 4) 트윈 스크류 혼합 반응기. 5) 버킷 엘리베이터. 열 캐리어 6) 히터. 고형물 제거 7) 사이클론. 8) 숯불 저장. 9) 스프레이 담금질. 10) 바이오 오일저장 창고. 11) 균질 기 펌프. 순환 응축 냉각 12) 열교환 기. 13) 전기 집진기. 14) 수성 응축수 저장 탱크. 15) 수성 응축수를 순환 용 펌프. 순환 응축 냉각 16) 열교환 기. 수성 응축수 17) 콘덴서. 18) 팬 가스 / 증기를 제거하기 위해. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54395/54395fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/54395/54395fig2.jpg" /> 실험 2. 질량 균형 그림. 잔액은 원료 및 제품의 21 &#39;수신 등&#39;으로보고있다. 모든 값은 질량 분율로 표시됩니다. 바이오 매스의 세 종류가 사용되었으며, 모든 실험은 적어도 삼중으로 수행 하였다 (13). 생물의 고형분오일은 설명을 위해 개별적으로보고된다. 오류 바 원료의 한 종류 실험의 표준 편차를 나타냅니다. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54395/54395fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 3" src="/files/ftp_upload/54395/54395fig3.jpg" /> 그림 3. 총 유기 오일 수율 및 반응 물. 모든 값은 마른 21 공급하여 표시하고 질량 분수로 표현된다. 축합 물의 고체 함량은 유기 오일 수율 13에서 제외되었다. 오류 바 원료의 한 종류 실험의 표준 편차를 나타냅니다. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54395/54395fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> 그림 4. 탄소 균형. 모든 값은 바이오 매스 탄소 입력의 질량 분율로보고됩니다. 바이오 매스의 세 종류가 사용되었으며, 모든 실험은 적어도 삼중으로 수행 하였다 (13). 바이오 오일의 고형분 함량은 설명을 위해 개별적으로보고된다. 오류 바 원료의 한 종류 실험의 표준 편차를 나타냅니다. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54395/54395fig4large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>

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Fast Pyrolysis of Biomass Residues in a Twin-screw Mixing Reactor

A procedure for thermochemical conversion of biomass residues is presented that aims at maximizing the yield of liquid products (fast pyrolysis). It is based on a technology proven on an industrial scale and especially suitable for treating a straw type of biomass.

트윈 스크류 혼합 반응기에서 바이오 매스 잔류의 빠른 열분해

Fast pyrolysis is being increasingly applied in commercial plants worldwide. They run exclusively on woody biomass, which has favorable properties for ...

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Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Bioengineering

27.5K 조회수.  Karlsruhe Institute of Technology (KIT). A procedure for thermochemical conversion of biomass residues is presented that aims at maximizing the yield of liquid products (fast pyrolysis). It is based on a technology proven on an industrial scale and especially suitable for treating a straw type of biomass.

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Creating Two-Dimensional Patterned Substrates for Protein and Cell Confinement

Microcontact printing provides a rapid, highly reproducible method for the creation of well-defined patterned substrates.1 While microcontact printing can be employed to directly print a large number of molecules, including proteins,2 DNA,3 and silanes,4 the formation of self-assembled monolayers (SAMs) from long chain alkane thiols on gold provides a simple way to confine proteins and cells to specific patterns containing adhesive and resistant regions. This confinement can be used to control cell morphology and is useful for examining a variety of questions in protein and cell biology. Here, we describe a general method for the creation of well-defined protein patterns for cellular studies.5 This process involves three steps: the production of a patterned master using photolithography, the creation of a PDMS stamp, and microcontact printing of a gold-coated substrate. Once patterned, these cell culture substrates are capable of confining proteins and/or cells (primary cells or cell lines) to the pattern.
The use of self-assembled monolayer chemistry allows for precise control over the patterned protein/cell adhesive regions and non-adhesive regions; this cannot be achieved using direct protein stamping. Hexadecanethiol, the long chain alkane thiol used in the microcontact printing step, produces a hydrophobic surface that readily adsorbs protein from solution. The glycol-terminated thiol, used for backfilling the non-printed regions of the substrate, creates a monolayer that is resistant to protein adsorption and therefore cell growth.6 These thiol monomers produce highly structured monolayers that precisely define regions of the substrate that can support protein adsorption and cell growth. As a result, these substrates are useful for a wide variety of applications from the study of intercellular behavior7 to the creation of microelectronics.8
While other types of monolayer chemistry have been used for cell culture studies, including work from our group using trichlorosilanes to create patterns directly on glass substrates,9 patterned monolayers formed from alkane thiols on gold are straight-forward to prepare. Moreover, the monomers used for monolayer preparation are commercially available, stable, and do not require storage or handling under inert atmosphere. Patterned substrates prepared from alkane thiols can also be recycled and reused several times, maintaining cell confinement.10

Self-assembled monolayers (SAMs) formed from long chain alkane thiols on gold provide well-defined substrates for the formation of protein patterns and cell confinement. Microcontact printing of hexadecanethiol using a polydimethylsiloxane (PDMS) stamp followed by backfilling with a glycol-terminated alkane thiol monomer produces a pattern where protein and cells adsorb only to the stamped hexadecanethiol region.

단백질과 세포 교도소에 대한 2 차원 문양의 기판 만들기

Microcontact printing provides a rapid, highly reproducible method for the creation of well-defined patterned substrates.1  While microcontact printing ...

연구

생체공학

GENPLAT: an Automated Platform for Biomass Enzyme Discovery and Cocktail Optimization

The high cost of enzymes for biomass deconstruction is a major impediment to the economic conversion of lignocellulosic feedstocks to liquid transportation fuels such as ethanol. We have developed an integrated high throughput platform, called GENPLAT, for the discovery and development of novel enzymes and enzyme cocktails for the release of sugars from diverse pretreatment/biomass combinations. GENPLAT comprises four elements: individual pure enzymes, statistical design of experiments, robotic pipeting of biomass slurries and enzymes, and automated colorimeteric determination of released Glc and Xyl. Individual enzymes are produced by expression in Pichia pastoris or Trichoderma reesei, or by chromatographic purification from commercial cocktails or from extracts of novel microorganisms. Simplex lattice (fractional factorial) mixture models are designed using commercial Design of Experiment statistical software. Enzyme mixtures of high complexity are constructed using robotic pipeting into a 96-well format. The measurement of released Glc and Xyl is automated using enzyme-linked colorimetric assays. Optimized enzyme mixtures containing as many as 16 components have been tested on a variety of feedstock and pretreatment combinations.
GENPLAT is adaptable to mixtures of pure enzymes, mixtures of commercial products (e.g., Accellerase 1000 and Novozyme 188), extracts of novel microbes, or combinations thereof. To make and test mixtures of &tilde;10 pure enzymes requires less than 100 &mu;g of each protein and fewer than 100 total reactions, when operated at a final total loading of 15 mg protein/g glucan. We use enzymes from several sources. Enzymes can be purified from natural sources such as fungal cultures (e.g., Aspergillus niger, Cochliobolus carbonum, and Galerina marginata), or they can be made by expression of the encoding genes (obtained from the increasing number of microbial genome sequences) in hosts such as E. coli, Pichia pastoris, or a filamentous fungus such as T. reesei. Proteins can also be purified from commercial enzyme cocktails (e.g., Multifect Xylanase, Novozyme 188). An increasing number of pure enzymes, including glycosyl hydrolases, cell wall-active esterases, proteases, and lyases, are available from commercial sources, e.g., Megazyme, Inc. (www.megazyme.com), NZYTech (www.nzytech.com), and PROZOMIX (www.prozomix.com).
Design-Expert software (Stat-Ease, Inc.) is used to create simplex-lattice designs and to analyze responses (in this case, Glc and Xyl release). Mixtures contain 4-20 components, which can vary in proportion between 0 and 100%. Assay points typically include the extreme vertices with a sufficient number of intervening points to generate a valid model. In the terminology of experimental design, most of our studies are "mixture" experiments, meaning that the sum of all components adds to a total fixed protein loading (expressed as mg/g glucan). The number of mixtures in the simplex-lattice depends on both the number of components in the mixture and the degree of polynomial (quadratic or cubic). For example, a 6-component experiment will entail 63 separate reactions with an augmented special cubic model, which can detect three-way interactions, whereas only 23 individual reactions are necessary with an augmented quadratic model. For mixtures containing more than eight components, a quadratic experimental design is more practical, and in our experience such models are usually statistically valid.
All enzyme loadings are expressed as a percentage of the final total loading (which for our experiments is typically 15 mg protein/g glucan). For "core" enzymes, the lower percentage limit is set to 5%. This limit was derived from our experience in which yields of Glc and/or Xyl were very low if any core enzyme was present at 0%. Poor models result from too many samples showing very low Glc or Xyl yields. Setting a lower limit in turn determines an upper limit. That is, for a six-component experiment, if the lower limit for each single component is set to 5%, then the upper limit of each single component will be 75%. The lower limits of all other enzymes considered as "accessory" are set to 0%. "Core" and "accessory" are somewhat arbitrary designations and will differ depending on the substrate, but in our studies the core enzymes for release of Glc from corn stover comprise the following enzymes from T. reesei: CBH1 (also known as Cel7A), CBH2 (Cel6A), EG1(Cel7B), BG (&beta;-glucosidase), EX3 (endo-&beta;1,4-xylanase, GH10), and BX (&beta;-xylosidase).
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GENPLAT (GLBRC Enzyme Platform) is an automated platform for discovery and optimization of enzyme cocktails for biomass degradation. It can be adapted to multiple feedstocks and mixtures of enzymes containing multiple components.

GENPLAT : 바이오 매스의 효소 발견과 칵테일 최적화를위한 자동 플랫폼

The high cost of enzymes for biomass deconstruction is a major impediment to the economic conversion of lignocellulosic feedstocks to liquid ...

Adaptation of a Haptic Robot in a 3T fMRI

Functional magnetic resonance imaging (fMRI) provides excellent functional brain imaging via the BOLD signal 1 with advantages including non-ionizing radiation, millimeter spatial accuracy of anatomical and functional data 2, and nearly real-time analyses 3. Haptic robots provide precise measurement and control of position and force of a cursor in a reasonably confined space. Here we combine these two technologies to allow precision experiments involving motor control with haptic/tactile environment interaction such as reaching or grasping. The basic idea is to attach an 8 foot end effecter supported in the center to the robot 4 allowing the subject to use the robot, but shielding it and keeping it out of the most extreme part of the magnetic field from the fMRI machine (Figure 1).
The Phantom Premium 3.0, 6DoF, high-force robot (SensAble Technologies, Inc.) is an excellent choice for providing force-feedback in virtual reality experiments 5, 6, but it is inherently non-MR safe, introduces significant noise to the sensitive fMRI equipment, and its electric motors may be affected by the fMRI's strongly varying magnetic field. We have constructed a table and shielding system that allows the robot to be safely introduced into the fMRI environment and limits both the degradation of the fMRI signal by the electrically noisy motors and the degradation of the electric motor performance by the strongly varying magnetic field of the fMRI. With the shield, the signal to noise ratio (SNR: mean signal/noise standard deviation) of the fMRI goes from a baseline of &tilde;380 to &tilde;330, and &tilde;250 without the shielding. The remaining noise appears to be uncorrelated and does not add artifacts to the fMRI of a test sphere (Figure 2). The long, stiff handle allows placement of the robot out of range of the most strongly varying parts of the magnetic field so there is no significant effect of the fMRI on the robot. The effect of the handle on the robot's kinematics is minimal since it is lightweight (&tilde;2.6 lbs) but extremely stiff 3/4" graphite and well balanced on the 3DoF joint in the middle. The end result is an fMRI compatible, haptic system with about 1 cubic foot of working space, and, when combined with virtual reality, it allows for a new set of experiments to be performed in the fMRI environment including naturalistic reaching, passive displacement of the limb and haptic perception, adaptation learning in varying force fields, or texture identification 5, 6.

The adaptation and use of a haptic robot in a 3T fMRI is described.

3T의 fMRI에 Haptic 로봇의 적응

Functional magnetic resonance imaging (fMRI) provides excellent functional brain imaging via the BOLD signal 1 with advantages including non-ionizing ...

Cellular Lipid Extraction for Targeted Stable Isotope Dilution Liquid Chromatography-Mass Spectrometry Analysis

The metabolism of fatty acids, such as arachidonic acid (AA) and linoleic acid (LA), results in the formation of oxidized bioactive lipids, including numerous stereoisomers1,2. These metabolites can be formed from free or esterified fatty acids. Many of these oxidized metabolites have biological activity and have been implicated in various diseases including cardiovascular and neurodegenerative diseases, asthma, and cancer3-7. Oxidized bioactive lipids can be formed enzymatically or by reactive oxygen species (ROS). Enzymes that metabolize fatty acids include cyclooxygenase (COX), lipoxygenase (LO), and cytochromes P450 (CYPs)1,8. Enzymatic metabolism results in enantioselective formation whereas ROS oxidation results in the racemic formation of products.
While this protocol focuses primarily on the analysis of AA- and some LA-derived bioactive metabolites; it could be easily applied to metabolites of other fatty acids. Bioactive lipids are extracted from cell lysate or media using liquid-liquid (l-l) extraction. At the beginning of the l-l extraction process, stable isotope internal standards are added to account for errors during sample preparation. Stable isotope dilution (SID) also accounts for any differences, such as ion suppression, that metabolites may experience during the mass spectrometry (MS) analysis9. After the extraction, derivatization with an electron capture (EC) reagent, pentafluorylbenzyl bromide (PFB) is employed to increase detection sensitivity10,11. Multiple reaction monitoring (MRM) is used to increase the selectivity of the MS analysis. Before MS analysis, lipids are separated using chiral normal phase high performance liquid chromatography (HPLC). The HPLC conditions are optimized to separate the enantiomers and various stereoisomers of the monitored lipids12. This specific LC-MS method monitors prostaglandins (PGs), isoprostanes (isoPs), hydroxyeicosatetraenoic acids (HETEs), hydroxyoctadecadienoic acids (HODEs), oxoeicosatetraenoic acids (oxoETEs) and oxooctadecadienoic acids (oxoODEs); however, the HPLC and MS parameters can be optimized to include any fatty acid metabolites13.
Most of the currently available bioanalytical methods do not take into account the separate quantification of enantiomers. This is extremely important when trying to deduce whether or not the metabolites were formed enzymatically or by ROS. Additionally, the ratios of the enantiomers may provide evidence for a specific enzymatic pathway of formation. The use of SID allows for accurate quantification of metabolites and accounts for any sample loss during preparation as well as the differences experienced during ionization. Using the PFB electron capture reagent increases the sensitivity of detection by two orders of magnitude over conventional APCI methods. Overall, this method, SID-LC-EC-atmospheric pressure chemical ionization APCI-MRM/MS, is one of the most sensitive, selective, and accurate methods of quantification for bioactive lipids.

This protocol will demonstrate the extraction and analysis of free and esterified bioactive fatty acids from cells. Fatty acids are accurately quantified using stable isotope dilution, chiral liquid chromatography, electron capture atmospheric chemical ionization multiple reaction monitoring mass spectrometry (SID-LC-ECAPCI-MRM/MS).

타겟 안정 동위 원소 희석 액체 크로마 토그래피 - 질량 분광법 분석을위한 세포 지질 추출

The metabolism of fatty acids, such as arachidonic acid (AA) and linoleic acid (LA), results in the formation of oxidized bioactive lipids, including ...

Quantification of Global Diastolic Function by Kinematic Modeling-based Analysis of Transmitral Flow via the Parametrized Diastolic Filling Formalism

Quantitative cardiac function assessment remains a challenge for physiologists and clinicians.&#160;Although historically invasive methods have comprised the only means available, the development of noninvasive imaging modalities (echocardiography, MRI, CT) having high temporal and spatial resolution provide a new window for quantitative diastolic function assessment. Echocardiography is the agreed upon standard for diastolic function assessment, but indexes in current clinical use merely utilize selected features of chamber dimension (M-mode) or blood/tissue motion (Doppler) waveforms without incorporating the physiologic causal determinants of the motion itself.&#160;The recognition that all left ventricles (LV) initiate filling by serving as mechanical suction pumps allows global diastolic function to be assessed based on laws of motion that apply to all chambers. What differentiates one heart from another are the parameters of the equation of motion that governs filling. Accordingly, development of the Parametrized Diastolic Filling (PDF) formalism&#160;has shown that the entire range of clinically observed early transmitral flow (Doppler E-wave) patterns are extremely well fit by the laws of damped oscillatory motion.&#160;This permits analysis of individual E-waves in accordance with a causal mechanism (recoil-initiated suction) that yields three (numerically) unique lumped parameters whose physiologic analogues are chamber stiffness (k), viscoelasticity/relaxation (c), and load (xo).&#160;The recording of transmitral flow (Doppler E-waves) is standard practice in clinical cardiology and, therefore, the echocardiographic recording method is only briefly reviewed. Our focus is on determination of the PDF parameters from routinely recorded E-wave data.&#160;As the highlighted results indicate, once the PDF parameters have been obtained from a suitable number of load varying E-waves, the investigator is free to use the parameters or construct indexes from the parameters (such as stored energy 1/2kxo2, maximum A-V pressure gradient kxo, load independent index of diastolic function, etc.) and select the aspect of physiology or pathophysiology to be quantified.

Accurate, causality-based quantification of global diastolic function has been achieved by kinematic modeling-based analysis of transmitral flow via the Parametrized Diastolic Filling (PDF) formalism. PDF generates unique stiffness, relaxation,&#160;and load parameters and elucidates &#39;new&#39; physiology while providing sensitive and specific indexes of dysfunction.

매개 변수화 이완기 충전 형식주의를 통해 Transmitral 흐름의 운동 학적 모델링 기반의 분석에 의하여 세계적인 이완기 기능의 정량화

Quantitative cardiac function assessment remains a challenge for physiologists and clinicians.&#160;Although historically invasive methods have comprised ...

From Fast Fluorescence Imaging to Molecular Diffusion Law on Live Cell Membranes in a Commercial Microscope

It has become increasingly evident that the spatial distribution and the motion of membrane components like lipids and proteins are key factors in the regulation of many cellular functions. However, due to the fast dynamics and the tiny structures involved, a very high spatio-temporal resolution is required to catch the real behavior of molecules. Here we present the experimental protocol for studying the dynamics of fluorescently-labeled plasma-membrane proteins and lipids in live cells with high spatiotemporal resolution. Notably, this approach doesn&#8217;t need to track each molecule, but it calculates population behavior using all molecules in a given region of the membrane. The starting point is a fast imaging of a given region on the membrane. Afterwards, a complete spatio-temporal autocorrelation function is calculated correlating acquired images at increasing time delays, for example each 2, 3, n repetitions. It is possible to demonstrate that the width of the peak of the spatial autocorrelation function increases at increasing time delay as a function of particle movement due to diffusion. Therefore, fitting of the series of autocorrelation functions enables to extract the actual protein mean square displacement from imaging (iMSD), here presented in the form of apparent diffusivity vs average displacement. This yields a quantitative view of the average dynamics of single molecules with nanometer accuracy. By using a GFP-tagged variant of the Transferrin Receptor (TfR) and an ATTO488 labeled 1-palmitoyl-2-hydroxy-sn-glycero-3-phosphoethanolamine (PPE) it is possible to observe the spatiotemporal regulation of protein and lipid diffusion on &#181;m-sized membrane regions in the micro-to-milli-second time range.

Spatial distribution and temporal dynamics of plasma membrane proteins and lipids is a hot topic in biology. Here this issue is addressed by a spatio-temporal image fluctuation analysis that provides conceptually the same physical quantities of single particle tracking, but it uses small molecular labels and standard microscopy setups.

상용 현미경에서 라이브 세포막에 분자 확산 법률에 빠른 형광 이미징

It has become increasingly evident that the spatial distribution and the motion of membrane components like lipids and proteins are key factors in the ...

Analyzing Mixing Inhomogeneity in a Microfluidic Device by Microscale Schlieren Technique

In this paper, we introduce the use of microscale schlieren technique to measure mixing inhomogeneity in a microfluidic device. The microscale schlieren system is constructed from a Hoffman modulation contrast microscope, which provides easy access to the rear focal plane of the objective lens, by removing the slit plate and replacing the modulator with a knife-edge. The working principle of microscale schlieren technique relies on detecting light deflection caused by variation of refractive index1-3. The deflected light either escapes or is obstructed by the knife-edge to produce a bright or a dark band, respectively. If the refractive index of the mixture varies linearly with its composition, the local change in light intensity in the image plane is proportional to the concentration gradient normal to the optical axis. The micro-schlieren image gives a two-dimensional projection of the disturbed light produced by three-dimensional inhomogeneity.
To accomplish quantitative analysis, we describe a calibration procedure that mixes two fluids in a T-microchannel. We carry out a numerical simulation to obtain the concentration gradient in the T-microchannel that correlates closely with the corresponding micro-schlieren image. By comparison, a relationship between the grayscale readouts of the micro-schlieren image and the concentration gradients presented in a microfluidic device is established. Using this relationship, we are able to analyze the mixing inhomogeneity from associate micro-schlieren image and demonstrate the capability of microscale schlieren technique with measurements in a microfluidic oscillator4. For optically transparent fluids, microscale schlieren technique is an attractive diagnostic tool to provide instantaneous full-field information that retains the three-dimensional features of the mixing process.

Herein, we describe a procedure that employs microscale schlieren technique to measure mixing inhomogeneity in a microfluidic device. Through calibration, distribution of concentration gradient can be derived from the micro-schlieren image.

마이크로 스케일 슐 리렌 기술에 의해 미세 유체 소자 믹싱 비균질성 분석

In this paper, we introduce the use of microscale schlieren technique to measure mixing inhomogeneity in a microfluidic device. The microscale schlieren ...

Microwave-driven Synthesis of Iron Oxide Nanoparticles for Fast Detection of Atherosclerosis

A fast and reproducible microwave-driven protocol has been developed for the synthesis of neridronate-functionalized nanoparticles. Starting from the synthesis of hydrophobic nanoparticles, our method is based on an adaptation from thermal decomposition method to microwave driven synthesis. The new methodology produces a decrease in the reaction times in comparison with traditional procedures. Moreover, the use of the microwave technology increases the reproducibility of the reactions, something important from the point of view of clinical applications. The novelty of this iron oxide nanoparticle is the attachment of Neridronate. The use of this molecule leads a bisphosphonate moiety towards the outside of the nanoparticle that provides Ca2+ binding properties in vitro and selective accumulation in vivo in the atheroma plaque. The protocol allows the synthesis and plaque detection in about 3 hr since the initial synthesis from organic precursors. Their accumulation in the atherosclerotic area in less than 1 hr provides a contrast agent particularly suitable for clinical applications.

Microwave technology enables extremely fast synthesis of iron oxide nanoparticles for atherosclerosis plaque characterization. The use of an aminobisphosphonate in the external side of the nanoparticle provides a fast accumulation in the atherosclerotic area.

동맥 경화의 빠른 검색을위한 산화철 나노 입자의 전자 레인지 중심의 합성

A fast and reproducible microwave-driven protocol has been developed for the synthesis of neridronate-functionalized nanoparticles. Starting from the ...

Fast Enzymatic Processing of Proteins for MS Detection with a Flow-through Microreactor

The vast majority of mass spectrometry (MS)-based protein analysis methods involve an enzymatic digestion step prior to detection, typically with trypsin. This step is necessary for the generation of small molecular weight peptides, generally with MW &#60; 3,000-4,000 Da, that fall within the effective scan range of mass spectrometry instrumentation. Conventional protocols involve O/N enzymatic digestion at 37 &#186;C. Recent advances have led to the development of a variety of strategies, typically involving the use of a microreactor with immobilized enzymes or of a range of complementary physical processes that reduce the time necessary for proteolytic digestion to a few minutes (e.g., microwave or high-pressure). In this work, we describe a simple and cost-effective approach that can be implemented in any laboratory for achieving fast enzymatic digestion of a protein. The protein (or protein mixture) is adsorbed on C18-bonded reversed-phase high performance liquid chromatography (HPLC) silica particles preloaded in a capillary column, and trypsin in aqueous buffer is infused over the particles for a short period of time. To enable on-line MS detection, the tryptic peptides are eluted with a solvent system with increased organic content directly in the MS ion source. This approach avoids the use of high-priced immobilized enzyme particles and does not necessitate any aid for completing the process. Protein digestion and complete sample analysis can be accomplished in less than ~3 min and ~30 min, respectively.

A quick protocol for proteolytic digestion with an in-house built flow-through tryptic microreactor coupled to an electrospray ionization (ESI) mass spectrometer is presented. The fabrication of the microreactor, the experimental setup and the data acquisition process are described.

플로우를 통해 마이크로 반응기와 MS 검출을위한 단백질의 빠른 효소 처리

The vast majority of mass spectrometry (MS)-based protein analysis methods involve an enzymatic digestion step prior to detection, typically with trypsin. ...

Synthesis of Cationized Magnetoferritin for Ultra-fast Magnetization of Cells

Many important biomedical applications, such as cell imaging and remote manipulation, can be achieved by labeling cells with superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIONs). Achieving sufficient cellular uptake of SPIONs is a challenge that has traditionally been met by exposing cells to elevated concentrations of SPIONs or by prolonging exposure times (up to 72 hr). However, these strategies are likely to mediate toxicity. Here, we present the synthesis of the protein-based SPION magnetoferritin as well as a facile surface functionalization protocol that enables rapid cell magnetization using low exposure concentrations. The SPION core of magnetoferritin consists of cobalt-doped iron oxide with an average particle diameter of 8.2 nm mineralized inside the cavity of horse spleen apo-ferritin. Chemical cationization of magnetoferritin produced a novel, highly membrane-active SPION that magnetized human mesenchymal stem cells (hMSCs) using incubation times as short as one minute and iron concentrations as lows as 0.2 mM.

A protocol for the synthesis and cationization of cobalt-doped magnetoferritin is presented, as well as a method to rapidly magnetize stem cells with cationized magnetoferritin.

세포의 초고속 자화에 대한 양이온 Magnetoferritin의 합성

Many important biomedical applications, such as cell imaging and remote manipulation, can be achieved by labeling cells with superparamagnetic iron oxide ...