در سال های اخیر به دلیل افزایش قیمت جهانی نفت، کشمکش های مستمر در مناطق تامین کننده نفت دنیا و کاهش منابع مربوط به سوخت های فسیلی، تحقیقات و تلاش برای تجاری سازی سوخت های به دست آمده از منابع تجدیدپذیر مانند اتانول، افزایش یافته است. زیست توده لیگنوسلولزی(مانند ضایعات کشاورزی) شرایط داشتن یک خوراک مناسب برای تولید سوخت های زیستی را داراست. اجزاء اصلی سازنده لیگنوسلولز شامل سلولز، همی سلولز و لیگنین می باشد. حضور لیگنین در این میان مانع از تجزیه سلولز و همی سلولز و تبدیل آن ها به قند و به منظور تخمیر و تولید سوخت زیستی می شود. جهت رفع این مشکل روش های پیش فرآوری مختلف شیمیایی، فیزیکی، فیزیکی- شیمیایی و زیستی پیشنهاد شده است. در میان این روش ها، روش زیستی به دلایلی از قبیل وجود شرایط ملایم عملیاتی، عدم ایجاد ترکیبات سمی و پسماندهای خطرناک و همچنین نداشتن آثار مخرب جانبی، روش زیستی نسبت به روش های دیگر از اهمیت ویژه ای برخوردار است. بدین منظور، هدف از این تحقیق، به حداکثر رساندن حذف لیگنین موجود در ساقه برنج به روش زیستی بود. در این راستا، ابتدا پیش فرآوری حرارتی، اسیدی و پراکسید قلیایی مورد آزمایش قرار گرفت که میزان حذف لیگنین از ساقه برنج در این روش ها به ترتیب 50/18 درصد، 90/17 درصد و 75/38 درصد به دست آمد. در مرحله پیش فرآوری زیستی، ابتدا توانایی دو گونه ی قارچ پوسیدگی سفید در حذف لیگنین مورد ارزیابی قرار گرفت. با توجه به نتایج، تواناترین گونه برای ادامه آزمایش ها انتخاب شد. میکرواورگانیسم منتخب، توانایی حذف حداقل 1/30 درصد لیگنین موجود در ساقه برنج را دارا بود. در مرحله بعد، تاثیر حضور یون های فلزی مس، روی و منگنز بر روی تولید آنزیم های لیگنیناز مانند منگنزپراکسیداز، لیگنین پراکسیداز و لاکاز بررسی و مقادیر یون های فلزی موثر در محیط کشتی بدون حضور ساقه برنج بهینه گردید. در غلظت بهینه 5/2 میکرومولار یون مس و 1/0 میلی مولار یون منگنز، فعالیت آنزیم های منگنزپراکسیداز، لیگنین پراکسیداز و لاکاز در مقایسه با عدم حضور این یون ها، به ترتیب چهار، چهار و دو برابر افزایش یافت. در مرحله نهایی، بهینه سازی شرایط عملیاتی مانند نسبت جرمی- حجمی زیست توده ساقه برنج به محیط کشت مایع، دمای محیط کشت و غلظت گلوکز (به عنوان منبع کربن رشد قارچ)، در حضور یون های فلزی با غلظت های بهینه حاصل شده از مرحله قبل، انجام شد. در شرایط بهینه (یعنی نسبت جرمی-حجمی زیست توده به محیط کشت 04/0 گرم/ میلی لیتر و غلظت گلوکز 15 گرم/ لیتر) میزان حذف لیگنین 39/73 درصد و میزان سلولز هیدرولیز شده به قند احیا 97/22 درصد اندازه گیری شد.

فرآورده های نفتی از پر مصرف ترین مواد شیمیایی در دنیای مدرن امروز محسوب می شوند. از طرفی، نفت یک آلوده کننده مهم محیط زیست می باشد. اکتشاف، بهره برداری، حمل و نقل و مصرف نفت، اغلب منجر به نشت آلوده کننده های هیدروکربنی به محیط زیست همراه با مسائل اکولوژیکی جدی می شود، که نیاز به روش های موثر برای تجزیه آن ها می باشد. روش های شیمیایی و فیزیکی برای کاهش آلودگی هیدروکربنی اغلب گران قیمت و زمان بر می باشند. روش های زیستی اثرات منفی کمتری بر روی محیط داشته و محصولات جانبی آنها نیز کمتر است. بنابراین زیست پالایی روش مناسبی برای حذف آلودگی های هیدروکربنی در صنایع نفتی می باشد. هدف از انجام این تحقیق استفاده از باکتری ها به منظور تولید ترکیبات زیست فعال سطحی موثر با قابلیت ایجاد امولسیون های قوی برای تجزیه زیستی و رفع آلودگی های نفتی در آب های آلوده به هیدروکربن های نفتی می باشد. پس از جداسازی 81 سویه از چندین نمونه خاک آلوده به ترکیبات نفتی پالایشگاه اصفهان، توانایی سویه ها در تولید بیوسورفکتانت و ایجاد امولسیون پایدار مورد بررسی قرار گرفت. همچنین رشد این سویه ها در منابع مختلف کربن و نیتروژن بررسی شد، تا بهترین منابع مورد نیاز میکروارگانیسم ها تعیین شود. از این میان، 5 سویه به نام های b,s,l,i,e برای ادامه تحقیق انتخاب شدند. برای این سویه ها شناسایی مولکولی انجام شد، تا نوع آن ها مشخص گردد. یبوسورفکتانت تولیدی توسط این سویه ها استخراج و تخلیص شد و برای شناسایی اولیه گروه های عاملی آن ها تحت آنالیز ir قرار گرفت. در نهایت سویه l که تا این بخش از پژوهش ها، بهترین مقادیر کشش سطحی و شاخص امولسیون کنندگی را نشان داده بود، برای طراحی آزمایش ها جهت تعیین پارامترهای موثر بر تولید بیوسورفکتانت و شناورسازی ترکیبات سنگین نفتی در آب انتخاب گردید. طراحی آزمایش ها توسط روش سطح پاسخ به کمک نرم افزار design –expert 8 انجام پذیرفت. بررسی ها نشان داد، که این سویه از نوع سودوموناس آئروژینوزا می باشد و بیوسورفکتانت تولیدی آن گلیکولیپیدی است. سویه l 55 و نسبت کربن / طی زمان ماند 55 روز و تحت شرایط بهینه بدست آمده توسط نرم افزار، با دمای 81 53 توانست میزان % 51 آن را بطور برگشت ناپذیر از کف ارلن جدا کند، طوریکه با گذشت زمان تکه های قیر / به نیتروژن معادل 11 کنده شده، دیگر به کف ارلن نمی چسبیدند. بنابراین نتایج بدست آمده از این پژوهش نشان داد، که این سویه جدا شده از خاک آلوده به نفت، توانایی بالایی در تولید مواد زیست فعال سطحی موثر و ایجاد امولسیون پایدار و شناور سازی ترکیبات سنگین نفتی در آب دارد. بنابراین می توان از آن در زیست پالایی مناطق آلوده به هیدروکربن های نفتی استفاده نمود.

امروزه استفاده از نانوتکنولوژی در سیستم های نوین دارورسانی روز به روز در حال گسترش است، چراکه در حال حاضر بیش از 90 درصد تمام مواد جدیدی که خواص درمانی دارند دارای مشخصات فارماکوکینتیک و زیست دارویی ضعیفی هستند. در این پژوهش نانولیپوزوم از میان سیستم های متعدد نانوحامل دارویی به سبب مزیت هایش مورد بررسی قرار گرفته است. از نقطه نظر بارگذاری داروها، لیپوزوم قادر به درون گیری و حمل داروهای آب دوست و آب گریز می باشد و می توان از آن برای طیف وسیعی از داروهای آب دوست و آب گریز بهره جست. یکی از مزایای تزریق پروتئین ترکیب شده با لیپوزوم ها، کاهش تخریب پروتئولیتیک (آنزیمی) در مکان تزریق است. در تهیه لیپوزوم اکثر پارامترهای کیفی در اکثر روش ها مورد بررسی قرار گرفته اند اما پارامترهای کمی و عملیاتی که بیشتر برای بهینه سازی پایداری لیپوزوم تولیدی مورد ارزیابی قرار می گیرند کم تر مورد توجه بوده اند. از طرف دیگر، کارایی مناسب و بهینه بودن سامانه های دارورسانی نیز از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. در نتیجه باید بهترین نوع حامل لیپوزومی را هم از لحاظ پارامترهای ساختاری و هم روش تولید مناسب و ترکیبات مورد استفاده انتخاب کنیم. علاوه بر این، سامانه رهایش دارو از آن ها باید به گونه ای طراحی شود که نرخ تراوش دارو در حین فرایند انتقال به حداقل ممکن رسیده و در عین حال در محل هدف این رهایش به سادگی صورت پذیرد. جهت رسانش کنترل شده فاکتور رشد سلول اندوتلیال(vegf) به منظور القاء رگ زایی، از روش های گوناگون نظیر پایدارسازی و تثبیت فاکتورهای رشد بر روی داربست پلیمری از جنس مواد زیستی و یا نانوکپسول های حاوی فاکتورهای رشد استفاده می شود. بر این اساس در این پژوهش هدف آن است که فرمولاسیون نانولیپوزوم های تولید شده برای کپسوله کردن مواد دارویی با حداکثر پایداری بهینه شود به طوری که بتوان به خوبی نرخ رهایش دارو (vgef) را برای بهبود رگ زایی و افزایش تکثیر سلول های اندوتلیال کنترل کرد. فرمولاسیون نانولیپوزومی با ترکیب درصد مولی (2 = mpeg2000-dspe : 15 = chol :83 = dppc) و میزان ساکارز 6 برابر مقدار کل لیپید به عنوان فرمولاسیون مناسب و پایدار بدست آمد که از نظر اندازه ذرات (nm 117)، پتانسیل زتای(mv 04/8) و دمای عبور فازی در محدوده °c40 جهت بارگذاری هورمون رشد سوماتروپین و فاکتور رشد (vegf) در نظر گرفته شد. راندمان کپسوله کردن پروتئین سوماتروپین بارگذاری شده در فرمولاسیون نانولیپوزومی نهایی، حدود %97 محاسبه گردید، همچنین اندازه نانولیپوزوم های محتوی هورمون رشد بعد از یک هفته اندازه گیری در حدود nm134 می باشد، این امر حاکی از آن است که بعد از یک هفته، توزیع اندازه ذرات تغییری نکرده و نیز توده سازی ایجاد نشده است. همچنین میزان داروی رهاسازی شده بصورت خیلی آهسته و کنترل شده بعد از گذشت زمان در دمای °c 37 بسیار پایین است. بطوریکه بعد از سه هفته میزان سوماتروپین کل رهاشده برابر با ng/ml 17/1838، در واقع حدود 5 درصد از میزان داروی کپسوله شده اولیه رها شده است. همچنین از نتایج مربوط به تشخیص روش رنگ سنجی (mtt) در محیط کشت سلول های اندوتلیال مشخص شد که با افزودن حجم های یکسان از هومورن رشد سوماتروپین و فاکتور رشد در ترکیب با محیط کشت رشد سلولی(dmem) و یا فرم نانولیپوزومی در فاصله زمانی مختلف در طول 2 روز، میزان جذب سلولی نسبت به محیط کشت بدون این فاکتورهای رشد افزایش پیدا کرده است.

قیمت بالای نفت خام و همچنین آلودگی های زیست محیطی حاصل از آن، باعث شده بسیاری از کشورها برای تولید انرژی، منابع تجدیدپذیر مانند زیست توده ها را انتخاب کنند. از جمله سوخت های حاصل از این زیست توده ها اتانول می باشد. زیست توده لیگنوسلولزی (مانند ضایعات کشاورزی) شرایط داشتن یک خوراک مناسب برای تولید سوخت های زیستی را دارد. اجزاء اصلی سازنده لیگنوسلولز شامل سلولز، همی سلولز و لیگنین می باشد. حضور لیگنین در این میان مانع از تجزیه سلولز و تبدیل آن به قند و در نهایت به سوخت زیستی می شود. جهت رفع این مشکل روش های مختلف شیمیایی، فیزیکی، فیزیوشیمیایی و زیستی پیشنهاد شده است. به دلیل وجود شرایط ملایم عملیاتی، عدم ایجاد ترکیبات سمی و پسماندهای خطرناک و نداشتن آثار مخرب جانبی، روش زیستی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. پس از پیش فرآوری برای تولید اتانول زیست توده تحت هیدرولیز آنزیمی و تخمیر قرار می گیرد. در این پژوهش، کاه برنج به عنوان سوبسترا انتخاب شد و با استفاده از قارچ تریکودرما ویریدی تحت پیش فرآوری زیستی قرار گرفت. تلقیح قارچ به دو صورت در محیط انجام شد. در مرحله ی اول قارچ به صورت مستقیم و آزاد در محیط تلقیح شد و درصد لیگنین حذف شده پس از 10، 14، 18 و 22 روز اندازه گیری گردید. در بهترین حالت 45% لیگنین پس از 22 روز حذف گردید. در مرحله ی بعد قارچ به صورت تثبیت شده به محیط های حاوی غلظت های متفاوت گلوکز تلقیح شد و به مدت 10 روز تحت پیش فرآوری زیستی قرار گرفت. حالت بهینه برای این مرحله، غلظت اولیه گلوکز 5 گرم بر لیتر با حذف 71% لیگنین بود. در این مرحله برای بهینه سازی عوامل؛ درصد وزنی به حجمی سوبسترا در محیط کشت، مقدار تلقیح و دور همزن مورد بررسی قرار گرفت. در نهایت با 4% وزنی سوبسترا، مقدار تلقیح 1 و 160 دور بر دقیقه بالاترین درصد حذف لیگنین حاصل شد. سپس کاه برنج پیش فرآوری شده با سیستم آزاد و تثبیت شده تحت هیدرولیز آنزیمی و به دنبال آن، تخمیر قرار گرفت. درصد هضم آنزیمی برای سوبسترای پیش فرآوری شده با سیستم آزاد و تثبیت شده به ترتیب 37/41% و 25/50% به دست آمد. البته بازده کلی تولید گلوکز در مجموع روش های پیش فرآوری و هیدرولیز در بهترین حالت به 87% رسید. فرآیند تخمیر هوازی با استفاده از مخمر ساکرومایسس سرویزیه انجام شد. در روش هیدرولیز و تخمیر همزمان برای کاه برنج پیش فرآوری شده با سیستم آزاد و تثبیت شده، بیشترین غلظت اتانول تولیدی در هر مورد، به ترتیب 09/2 و 18/1گرم بر لیتر بوده است؛ در حالیکه با استفاده از هیدرولیز و تخمیر جداگانه برای سوبسترای پیش فرآوری شده با سیستم تثبیت شده، در بهترین حالت 13/7 گرم بر لیتر اتانول تولید شده است.

عملیات اکتشاف، استخراج و حمل و نقل نفت یکی از بزرگ¬ ترین تهدیدات محیط زیست به شمار می آید، با وجود این هنوز روش مناسبی که بتوان با سرعت مناسب، مانع نشت نفت در محیط شد، وجود ندارد. هدف اصلی در این پژوهش، بررسی تأثیر شرایط کومتابولیک بر تجزیه زیستی ترکیبات نفتی است که، با توجه به بهبود سرعت تجزیه زیستی پلیمرهای اولفینی در حضور نشاسته، در این پژوهش نیز از نشاسته به عنوان کو¬سوبسترا برای تأمین شرایط کومتابولیک استفاده شد. با استفاده از دو سویه باسیلوس سوبتیلیس و سودوموناس آئروژینوزا که از خاک¬های آلوده به ترکیبات نفتی، جداسازی شده بود، امکان تجزیه نشاسته از طریق اجرای آزمون آمیلاز مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل قابلیت تجزیه نشاسته توسط سویه¬های مورد استفاده را نشان داد. به منظور اجرای آزمون¬های تجزیه زیستی، ابتدا منحنی رشد سویه¬ها با استفاده از روش وزن خشک سلولی در محیط نوترینت براث و سپس در محیط کشت بوشنل- هاس با استفاده از نرمال دکان و نرمال پارافین برای سویه¬ی باسیلوس سوبتیلیس و نرمال هگزادکان و نرمال پارافین برای سویه¬ی سودوموناس آئروژینوزا در حضور و عدم حضور نشاسته تهیه گردید. نتایج آزمون میزان تجزیه هیدروکربن به واسطه سویه¬های مذکور در حضور و عدم حضور نشاسته، موجب گردید تاثیر نشاسته بر تجزیه هیدروکربن¬ها مورد بررسی قرار گیرد. بدین منظور، عصاره آنزیمی هر دو سویه در محیط کشت آبگوشت نشاسته تهیه گردید. غلظت پروتئین در عصاره تهیه شده با استفاده از روش استاندارد بردفورد و فعالیت آنزیم¬های هیدرولازی با استفاده از روشهای میلر و فووا تعیین گردید. تجزیه هیدروکربن¬های در حضور عصاره مذکور با استفاده از روش آنالیز کمی کروماتوگرافی گازی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل حاکی از امکان تجزیه هیدروکربن¬ها توسط آنزیم¬های موجود در عصاره آنزیمی بود. به منظور پیش بینی امکان تجزیه هیدروکربن¬ها توسط آنزیم¬های هیدرولازی، برهم¬کنش هیدروکربن و آنزیم آمیلاز مربوط به یک سویه باسیلوس سوبتیلیس با استفاده از نرم افزار molegro virtual docker مورد بررسی قرار گرفت. نتایج بدست آمده امکان برهم¬کنش آنزیم و سوبسترا در فضای سه¬بعدی نرم¬افزار را نشان داد. لذا به منظور تأیید نتایج حاصل، آنزیم آمیلاز خالص تجاری از یک گونه باسیلوس تهیه شد و تجزیه هیدروکربن¬های مورد استفاده، با روش آنالیز کمی، تحت بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از این مرحله نیز، امکان تجزیه هیدروکربن به واسطه آنزیم آمیلاز را نشان داد،که کومتابولیک بودن شرایط محیط کشت بوشنل- هاس در حضور نشاسته را اثبات می¬کند. در پایان، عصاره آنزیمی تهیه شده از سویه¬ها پس از خالص سازی با روش دیالیز با استفاده از روش الکتروفورز ژل پلی¬آکریل آمید- سدیم دودسیل سولفات جداسازی و از آن برای تعیین نوع آنزیم¬های موثر بر تجزیه هیدروکربن بر اساس روش زایموگرافی استفاده گردید. نتایج این مرحله بیانگر تجزیه هیدروکربن به واسطه اثر آنزیم¬های هیدرولازی می¬باشد. دو هاله مجزا در دو مکان متفاوت از ژل مربوط به سویه باسیلوس سوبتیلیس در آزمون زایموگرافی تشکیل شد، که این امر دلیلی بر اثر هم افزایی آنزیم¬های موجود در عصاره آنزیمی سویه¬های مورد استفاده می¬باشد.

چکیده منابع انرژی رو به زوال سوخت های فسیلی، جامعه رو به توسعه انسانی را در آینده ای نه چندان دور دچار کمبود سوخت می سازند. در نتیجه نگرانی¬های انتشار پیوسته و در حال افزایش دی¬اکسید کربن به اتمسفر و همچنین وسعت آلودگی ناشی از سوخت های فسیلی که زندگی در کره خاکی را دچار مشکل ساخته است، نیاز به منابع انرژی از منابع تجدیدپذیر با حداقل تأثیر منفی زیست محیطی را افزایش می¬دهد. پیل¬های سوختی میکروبی معکوس با عملکردی در جهت عکس پیل¬های سوختی میکروبی، باکتریها آب و دی¬اکسید کربن را با استفاده از الکترونهایی که در آند یا یک منبع الکتریکی خارجی به کاتد منتقل می¬شوند، در فرآیندی شبیه به فتوسنتز به ترکیبات آلی تبدیل می¬کنند. این ترکیبات آلی خود می¬توانند به سوخت تبدیل ¬شوند. در پژوهش پیش رو مدلی بر اساس هدایت مستقیم الکترون¬ها در بیوفیلم ارائه شده است. خروجی¬های مدل حاضر شامل پروفایل تغییرات غلظت سوبسترا، پتانسیل الکتریکی، توزیع باکتری¬های فعال درون بیوفیلم، تغییرات زمانی چگالی جریان و ضخامت بیوفیلم می¬باشد. به منظور بررسی اثر عوامل مختلف نسبت به یک حالت شاهد، حالت مرجعی با استفاده از مقادیر پارامترهای موجود و برای سوبسترای دی¬اکسید کربن و جامعه میکروبی خالص اسپروموسا اواتا ایجاد شد. بازده کلومبیک در این مدل تابعی از غلظت سوبسترا و پتانسیل کاتد می¬باشد. برای سوبسترای دی¬اکسید کربن و با وجود گونه میکروبی اسپوروموسا اواتا، در صورت افزایش غلظت، بازده کلومبیک و چگالی جریان کاهش ولی ضخامت بیوفیلم افزایش یافت. از آنجا که ضریب هدایت الکتریکی بیوفیلم اسپوروموسا اواتا بسیار بالاست، بخش اعظم مقاومت¬های پیل سوختی میکروبی با این جامعه میکروبی و سوبسترای دی¬اکسید کربن ناشی از مقاومت¬های انتقال جرم می¬باشد. با وجود غلظت 025/0 میلی مول بر سانتی¬متر مکعب سوبسترا در کاتولیت، بیشینه چگالی جریان مصرفی 3/0 آمپر بر متر مربع و بازده کلومبیک 75% خواهد بود.دلیل کم بودن بازده کلومبیک، مقاومت¬های کاتدی و اهمی در عملکرد پیل می-باشد. از آنجا که بازده کلومبیک تابعی از پتانسیل الکتریکی و غلظت سوبسترا در کاتولیت است و ماکزیمم بازده کلومبیک در غلظت 025/0 میلی مول بر سانتی متر مکعب، 75% و در پتانسیل الکتریکی 13/1، 55% نمایان شد، در نتیجه با ایجاد حالتی بهینه در این غلظت و در این پتانسیل می¬توان به بازده تولید بالایی از استات دست یافت. کلید واژه ها: پیل سوخت میکروبی معکوس، الکتروسنتز میکروبی، الکتروسوخت، کاتد و مدل¬سازی.