Lehrgebiet für Bioverfahrenstechnik (BioVT)

Anwendung von superparamagnetischen Partikeln in der Analytik und Bioverfahrenstechnik (BIOMAG)

In einer Kooperation des Lehrgebiets Bioverfahrenstechnik und dem Lehrgebiet Biophysik der TU Kaiserslautern und der Fachrichtung Verfahrenstechnik (Umweltcampus Birkenfeld, FH Trier) wird an der Darstellung von Partikeln, deren Beschichtung mit Biomolekülen und der Entwicklung von magnetischen Retentionsapparaten gearbeitet. Zur Darstellung der Partikel werden am Lehrgebiet Bioverfahrenstechnik die Methoden der Präzipitation und Mikroemulsion angewendet. Hierbei können Partikel mit superparamagnetischen Magnetiteinschlüssen in einem weiten Größenbereich u. a. aus Silikat-, Polyvinylalkohol- und Agarosematrizes synthetisiert werden. Nanopartikel werden am Institut für Biophysik synthetisiert. Hierzu wird ein Kern aus Magnetit dargestellt, der in einem zweiten Schritt von einer äußeren Goldhülle ummantelt wird (Core-Shell-Partikel). Die Hülle bietet zum einen Schutz gegen Korrosion des Magnetitkerns und zum anderen die Möglichkeit der direkten Proteinbindung auf der Oberfläche. Die Partikel haben einen Durchmesser von durchschnittlich 76 nm.

Die Partikel werden während oder nach der Herstellung mit Bindungsgruppen, wie z. B. Amino- oder Epoxygruppen, funktionalisiert. Zur biotechnologischen Funktionalisierung der Oberflächen stehen Techniken der kovalenten Bindung und Quervernetzung von Proteinen, und insbesondere Enzymen, zur Verfügung. Forschungsschwerpunkte sind hier Bindungsoptimierungen in Bezug auf Enzymaktivität und Lagerstabilität der Immobilisate.

Der Einsatz und die Abtrennung der magnetisierbaren Partikel erfolgt in komplexen Stoffgemischen, wie u. a. Fermentationsbrühen, Lignocellulosehydrolysaten oder Molkekonzentraten. Eine Rückgewinnung aus diesen feststoffhaltigen Systemen wird mit einem Hochgradient Magnetseparator (HGMS) durchgeführt. Optimierungen der Geometrie der Abscheidekammer wird mittels Finiter Elemente Modellierungen (FEM) unter Beachtung der Magnetfeld- und Strömungscharakteristika während der Abtrennungen durchgeführt.

Kooperationspartner

Lehrgebiet für Biophysik (TU Kaiserslautern), Prof. Volker Schünemann

Fachrichtung Verfahrenstechnik (Umweltcampus Birkenfeld, FH Trier), Prof. Percy Kampeis

StatusAbgeschlossenes Projekt
FördermittelgeberMinisterium für Bildung, Wissenschaft, Jugend und Kultur, RLP
Förderzeitraum01/2008-12/2009
Fördernummer-

Veröffentlichungen und Tagungsbeiträge

  • N. Tippkötter, S. Maurer, A. Pasteur, P. Kampeis, R. Ulber, Hochgradient-Magnetseparation von Fermentationsprodukten - Finite Elemente Simulation der Filtermatrix. ProcessNet-Jahrestagung 2010
  • N. Tippkötter, T. Hahn, R. Ulber; Biocatalysts immobilized an nanoparticles - fundamentals and applications; Vortrag ACHEMA (2009) Frankfurt
  • Pasteur, T. Hahn, S. Dillenberger, V. Schünemann, R. Ulber; Funktionalisierte magnetische Nanopartikel; Jahrestagung der Biotechnologen & ProcessNet-Jahrestagung (2009) Mannheim
  • N. Tippkötter, R. Ulber; Eine magnetische horizontale Wirbelschicht für die Durchmischung und Rückhaltung von magnetisierbaren Mikropartikeln im Durchfluss; Jahrestagung der Biotechnologen & ProcessNet-Jahrestagung (2009) Mannheim
  • S. König, C. Klein, D. Adam, S. Rogin, P. Kampeis: Aufbereitung biotechnologischer Produkte mittels Magnetseparation, Messe ACHEMA, Frankfurt am Main, 11.- 15.05.2009
  • P. Kampeis, M. Bewer, S. Rogin: Einsatz von Magnetfiltern in der Bioverfahrenstechnik ñ Teil 1: Vergleich verschiedener Verfahren zum Rückspülen der Magnetfilter; Chem.-Ing.- Tech. 81 (2009) 275-281  
  • A. Pasteur, S. Dillenberger, V. Schünemann, R. Ulber: Funktionalisierte magnetische Nanopartikel. Jahrestagung der Biotechnologen, Mannheim 09.09.2009 6 / 16
  • P. Kampeis: Einsatz von Magnetfiltern in der Bioverfahrenstechnik; Tag der Technologie 2009 - BioTech in Rheinland-Pfalz, Mainz, 26.10.09
  • N. Tippkötter, V. Schünemann, R. Christmann, A. Pasteur, J. Schweizer, R. Ulber: Bioaffinity Layering magnetisierbarer Mikro- und Nanopartikel. 14. Heiligenstädter Kolloquium, 23.09.2008
  • C. Seibert, P. Kampeis: Filterkammer für den Einsatz in Hochgradienten-Magnetfiltern, Hannovermesse 2008, 21.-25.04.2008
  • C. Klein, D. Feind, J. Walter, M. Krantz, S. Schmidt, P. Kampeis: Quantifizierung der Abtrennung magnetischer Mikrosorbentien von Zellmasse in einem HGMS-Filter; GVC/Dechema-Vortragstagung Ãҍodellierung - Von der Zelle zum Prozessì, 28.- 30.04.2008
  • V. Schünemann, K. Muffler, R. Ulber: Mössbauer Spectroscopy ñ A tool for characterization of iron depending enzymatic reactions, European Bioperspectives, Hannover, 7.-9.10.2008
  • V. Schünemann: Mössbauer Spectroscopy of iron containing proteins and related model complexes, 50 Years After ñ The Mössbauer Effect Today and in Future, München, 9.- 10.10.2008
  • N. Tippkötter, V. Schünemann, R. Christmann, A. Pasteur, J. Schweizer, R. Ulber; Different magnetizable particles for bioaffinity layering; European BioPerspectives (2008) Hannover; Book of Abstracts 253
  • N. Tippkötter, P. Kampeis , P. Welters, L. ‡ Brassard, U. Habich, R. Ulber; Bio-layering and separation of magnetic beads from viscous media on the example of glucose oxidation; European BioPerspectives (2007) Köln
  • R. Ulber, J. Wolny, N. Tippkötter, V. Schünemann, Biofunctional Au-Fe-nanoparticles; European BioPerspectives (2007) Köln
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