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Title: Algae encapsulation into silica monoliths synthesized by high internal phase emulsions (HIPE)
Authors: Sommer Márquez, Alicia Estela
López Pico, Nadia Priscila
Keywords: Microalgae
Chlorella vulgaris
Immobilization
HIPE
Fluorescence
Silica
Monolith
Microalga
Immobilisación
Fluorescencia
Sílice
Monolito
Issue Date: Feb-2020
Publisher: Universidad de Investigación de Tecnología Experimental Yachay
Abstract: Las aplicaciones biotecnológicas de las microalgas se extienden dentro de diferentes e importantes campos de investigación, desde el más antiguo centrado en la nutrición humana hasta el más novedoso como fuente de energía renovable. Pero el área donde se desarrolla la mayor parte de la investigación es la bioremediación del aire al absorber CO2 y la producción de biocombustibles. Estos asombrosos organismos representan una buena fuente de biomasa que proviene de la producción de metabolitos de alto valor como lípidos y carbohidratos. La actividad metabólica es posible gracias a la fotosíntesis, donde la molécula de clorofila contenida en las algas verdes está directamente involucrada en el inicio de una serie de reacciones químicas para obtener oxígeno y azúcares a partir del CO2 y del agua en presencia de la luz solar. Con el propósito de fijar el CO2 a través de la eficiente fotosíntesis de las microalgas, este trabajo propone la encapsulación de algas dentro de un monolito de sílice con porosidad jerarquizada mediante emulsiones con alto contenido de fase interna (HIPE) como un nuevo método de síntesis de monolitos bio-híbridos. Para evaluar la viabilidad y la evolución de las microalgas inmovilizadas dentro de los monolitos, la investigación se basó en las propiedades fluorescentes de la clorofila y se caracterizó por espectroscopia y microscopía de fluorescencia. También se llevó a cabo la caracterización espectroscopia de reflectancia difusa de UV-Vis (DRS UV-Vis) para corroborar el análisis cualitativo de la espectroscopia de fluorescencia. Los espectros de los monolitos donde la encapsulación fue exitosa presentaron los picos relevantes de la clorofila tanto en absorción como en fluorescencia. La técnica novedosa y de bajo costo desarrollada en este trabajo para la inmovilización de Chlorella vulgaris logró una estabilidad a largo plazo de al menos 250 días. La actividad fotosintética se mantuvo sin la alimentación constante de la microalga. Este monolito biohíbrido podría aplicarse en el futuro como un fotobiorreactor ecológico que captura CO2 y produce materias primas de alto valor así como la descontaminación de agua.
Description: Biotechnological applications of microalgae are widespread within different important research fields, from the oldest ones focused on human nutrition until the most novel ones as a renewable energy source; however, bioremediation of CO2 and biofuel production remains the most overwhelming application. These amazing organisms represent a substantial source of biomass for the production of high valuable metabolites as lipids and carbohydrates. Their metabolic activity is possible thanks to the photosynthesis where the chlorophyll molecule is directly involved in the beginning of a series of chemical reactions to obtain oxygen and sugars from CO2 and water in the presence of sun light. With the purpose of fixing CO2 through the efficient microalgae photosynthesis, this work proposes the algae encapsulation within a hierarchical porous silica monolith by using high internal phase emulsion (HIPE) as a new synthesis method to obtain bio-hybrid monoliths. To evaluate the viability and evolution of the immobilized microalgae within the monolithic structure of silica, this research was based on the fluorescent properties of their chlorophyll which was characterized by fluorescence spectroscopy and microscopy. Also, the characterization by diffuse reflectance spectroscopy in UV-Vis (DRS UV-Vis) was carried out to corroborate the qualitative analysis from fluorescence spectroscopy. The spectra from monoliths of successful encapsulation presented the relevant peaks from chlorophyll in both absorption and fluorescence modes. The novel and low cost technique developed in this work for Chlorella vulgaris immobilization achieved a log-term stability of at least 250 days. The photosynthetic activity was kept without constant feeding of microalgae. This bio-hybrid monolith could be applied in the future as an eco-friendly photo-bioreactor which captures CO2 and produces high-value raw materials as well as for water depollution.
URI: http://repositorio.yachaytech.edu.ec/handle/123456789/191
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