Presse-Information

Press release ¤ Information de presse

01.10.2013

Sehr gut geforscht und schnell studiert

DECHEMA-Studentenpreise 2013 für Absolventen der Technischen Chemie, Verfahrenstechnik und Biotechnologie

Neun Absolventen aus den Bereichen Technische Chemie, Verfahrenstechnik und Biotechnologie erhielten im Oktober 2013 im DECHEMA-Haus in Frankfurt/Main die DECHEMA-Studentenpreise 2013. Damit wurden ihre hervorragenden Abschlussarbeiten und die kurze Studiendauer gewürdigt. Die Preisträger kommen von der TU Dresden, RWTH Aachen, Universität Erlangen-Nürnberg, TU Clausthal, TU München und dem Karlsruher Institut für Technologie.

Im Fachgebiet Technische Chemie werden M. Sc. Marion Adam, TU Dresden, und M. Sc. Rebecca Pfützenreuter, RWTH Aachen, ausgezeichnet. Marion Adam optimierte in ihrer Arbeit mit Hilfe von Stickstoff-dotierten Kohlenstoffnanoröhren Katalysatoren für die Fischer-Tropsch-Synthese. Damit können beispielsweise flüssige Kohlenwasserstoffe für die Treibstoffproduktion erzeugt werden. Rebecca Pfützenreuter beschäftigte sich mit der Veretherung von Zuckeralkoholen. Dieser Prozess spielt eine wichtige Rolle bei der Nutzung von Biomasse als Alternative zu fossilen Rohstoffen. So können auch pflanzliche Produkte eingesetzt werden, die nicht in Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion stehen.

Im Fachgebiet Biotechnologie gehen die Studentenpreise an M. Sc. Ricarda Friebe und M. Sc. Martin Heining, beide Universität Erlangen-Nürnberg, sowie Dipl.-Ing. Pascal Baumann, Karlsruher Institut für Technologie. Ricarda Friebe beschäftigte sich mit der Automatisierung von Prozessregelung und -überwachung bei der Fermentation, so dass künftig Wochenendarbeit vermieden werden könnte. Martin Heining optimierte in seiner Diplomarbeit den Lichteintrag bei Photobioreaktoren. Auf diese Weise können Mikroorganismen wie Algen und Bakterien im industriellen Maßstab zur Produktveredlung eingesetzt werden. Mit Hilfe der von Pascal Baumann entwickelten Beschichtungsmethoden für Peptidarrays können künftig Diagnosen oder Screenings auch mit sehr geringen Probenmengen durchgeführt werden.

Im Fachgebiet Verfahrenstechnik werden die Arbeiten von Dipl.-Ing. Maik Becker und Dipl.-Ing. Henning Becker, beide von der TU Clausthal, sowie M. Sc. Clemens Koppold und M. Sc. Stefan Reinlein, beide von der TU München, ausgezeichnet. Maik Becker arbeitete an der elektrochemischen Funktionalisierung von Carbon Nanotubes. Damit wird es einfacher, die Kohlenstoff-Nanoröhrchen mit speziellen Eigenschaften wie thermische oder elektrische Leitfähigkeit und mechanische Stabilität auszustatten. Henning Becker beschäftigte sich ebenfalls mit Katalysatoren für die Fischer-Tropsch-Synthese. Sein Schwerpunkt lag dabei auf den Dispersionseigenschaften und der Stabilität, so dass künftig verbesserte Katalysatoren zur Verfügung stehen. Clemens Koppold befasste sich in seiner Arbeit mit einem sicherheitstechnischen Thema. Er simulierte den Temperaturverlauf in einer Behälterwand beim Ausströmen eines Gases. Mit seinen Ergebnissen können Überdimensionierungen vermieden werden und die Behälter kostengünstiger beschafft werden. Stefan Reinlein entwickelte ein effizientes Verfahren zur Aufreinigung von Proteinen mit Hilfe von funktionalisierten magnetischen Nanopartikeln. Damit können in der Bioverfahrenstechnik Produkte besser gereinigt werden.

 

Die DECHEMA-Studentenpreise werden seit 1994 jährlich vergeben und sollen zur Effizienzsteigerung des deutschen Hochschulstudiums beitragen.

 

 

DECHEMA-Studentenpreise 2013 - Kurzfassungen der Preisträgerarbeiten

Synthese und Charakterisierung geträgerter Katalysatoren für die FischerTropschSynthese

M. Sc. Marion Adam, Technische Universität Dresden

(FachgebietTechnische Chemie)

Die Fischer-Tropsch-Synthese ist eine seit ca. 100 Jahren bekannte Reaktion zur Umwandlung von Synthesegas in Kohlenwasserstoffe mit verschiedenen Kettenlängen. Besonderes Interesse gilt dabei den flüssigen Kohlenwasserstoffen, welche zur Treibstoffproduktion genutzt werden können. Bei den in diesem Verfahren eingesetzten Katalysatoren ist Ruthenium das aktivste Metall.

Marion Adam hat in ihrer Arbeit eine kolloidale Methode zur Synthese von Rutheniumnanopartikeln entwickelt. Die Größe der Nanopartikel, die Partikelgrößenverteilung, die Kristallinität und die Dispersion konnte sie dabei über die verschiedenen Syntheseparameter einstellen. Stickstoffdotierte Kohlenstoffnanoröhren (NCNTs) als Trägermaterial wurden dabei mittels Ultraschall mit Nanopartikeln beladen. Dadurch konnte sie eine gute Dispersität der Ru-Nanopartikel erreichen und die Aktivität der synthetisierten Ru/NCNT-Proben in der Fischer-Tropsch-Synthese nachweisen. Die in der Literatur bereits beschriebene Abhängigkeit der Aktivität von der Partikelgröße konnte sie bestätigen. Bei den Versuchen mit Ruthenium auf NCNTs zeigte sich eine ideale Anderson-Schulz-Flory-Verteilung. Diese und die hohen Olefin zu Paraffin-Verhältnisse lassen den Rückschluss zu, dass es nur zu einer geringen Bedeckung der Oberfläche mit flüssigen Produkten, und damit zu einer geringen Stofftransportlimitierung, kam. Damit konnte Frau Adam den positiven Einfluss des von ihr verwendeten Trägermaterials zeigen.

 

 

 Prozessentwicklung für die kontinuierliche Veretherung von Zuckeralkoholen

M. Sc. Rebecca Pfützenreuter, RWTH Aachen

(FachgebietTechnische Chemie)

Die Nutzung von Biomasse als Alternative zu fossilen Rohstoffen ist ein wichtiger Aspekt der aktuellen Forschung. Allerdings muss dabei eine mögliche Konkurrenz zur Nahrungsmittelherstellung berücksichtig werden. Aus diesem Grund verschiebt sich der Fokus von der Biomasse der ersten Generation (z. B. Pflanzenöle, Mais, Zuckerrohr) auf den nichtessbaren Rohstoff Lignocellulose. Ein Hauptbestandteil dieses Rohstoffes ist Cellulose, ein Biopolymer aus Glucoseeinheiten. Dieses kann zu Zuckeralkoholen, wie z. B. zur biogenen Plattformchemikalie Isosorbid, umgesetzt werden. Dessen chemokatalytische Aufwertung durch Veretherung zu Isosorbid-tert-butylether (ITBE) als hochsiedende Lösemittel oder Treibstoffadditive, analog zu MTBE oder ETBE, untersuchte Rebecca Pfützenreuter im Rahmen ihrer Masterarbeit. Ihre kinetischen Studien führten zu einem besseren Verständnis des komplexen Reaktionsnetzwerkes, so dass eine kontinuierliche Anlange im Labormaßstab, aufgebaut und erfolgreich getestet werden konnte. Kinetische Untersuchungen sowie eine kontinuierliche Prozessführung im Labormaßstab bilden die Grundlage für die Aufskalierung zu einem industriellen Prozess. Frau Pfützenreuter leistete mit Ihrer Arbeit einen Beitrag zum derzeit stattfindenden Rohstoffwandel in der chemischen Industrie.

 

Automatisierung von Probenzug, Probenanalyse und Glukosefütterung in der Fermentation eukaryotischer Zellen

M. Sc. Ricarda Friebe, Universität Erlangen-Nürnberg

(Fachgebiet Biotechnologie)

Die Prozessüberwachung und -regelung spielt in der Fermentation eine wichtige Rolle. Anhand der erhaltenen Daten wird nicht nur der Zustand der Kultur bewertet, sondern auch die Fütterungsstrategie angepasst. Obgleich viele Prozesse schon teilautomatisiert sind, muss zur Analyse der Substrate und Stoffwechselprodukte üblicherweise eine manuelle Probe pro Tag gezogen werden.

Ricarda Friebe teste und bewertete in ihrer Arbeit ein System zur automatisierten Probenahme und -analyse auf seine Anwendbarkeit in der 2L-Fermentation einer Chinese Hamster Ovaty (CHO)Zelllinie. Das System besteht aus einem Gerät, das für die Probenahme aus den Fermentern und die Verteilung der Probe an die angeschlossenen Analysegeräte zuständig ist, einem Zellzählgerät und einer Bandfiltereinheit, die die zellfreie Probe für die Messung der Glukose- und Laktatkonzentration an einem zweiten Gerät sowie die automatisch abgefüllte Rückstellprobe bereitstellt. Die Bewertung beruht auf einer Gerätequalifizierung der Analysatoren, einer Verfahrensvalidierung der automatisierten Probenahme und schließlich auf den Erfahrungen aus fünf Fermentationsläufen. Die Qualifizierung der Analysegeräte zeigte, dass die Anforderungen an Präzision und Richtigkeit größtenteils erfüllt werden. Bei der Verfahrensvalidierung sind jedoch deutliche Mängel in der Reinigung des Systems aufgetreten, die zu einer Verdünnung der Probe führen. Sie konnten  von Frau Friebe jedoch teilweise behoben werden. Während der Fermentationsläufe zeigte das System eine hohe Fehleranfälligkeit, die Frau Friebe aber bis zum letzten Lauf stark reduzieren konnte. Zusätzlich hat sie eine neuartige Glukoseregelung entwickelt. Sie basiert auf den Daten, die durch das System generiert werden und ist während der Fermentationsläufe erfolgreich getestet worden. Dadurch war es möglich, in den einzelnen Fermentern unterschiedliche Glukosekonzentrationen einzustellen. Rebecca Friebe konnte dadurch zeigen, dass die Glykierung der produzierten Antikörper stark von der Glukosekonzentration beeinflusst wird, aber keine Verminderung der Funktionalität des Antikörpers zur Folge hat.

Frau Friebe kommt zu dem Schluss, dass sich eine Anschaffung des Systems nur dann lohnt, wenn statt des zweiten Gerätes ein Multianalysator wie beispielsweise das robuste Cobas lntegra 400 plus angebunden werden kann, da die alleinige Bestimmung der Glukose- und Laktatkonzentration nicht ausreichend ist. Zumal die Fehleranfälligkeit des Zellzählgerätes durch ein eben herausgekommenes Software-Update behoben werden soll, gilt es nur noch die mangelhafte Reinigung des Systems durch das erste Gerät zu verbessern. Dadurch würde ein zuverlässiges System zur Verfügung stehen, das durch eine Erhöhung der Datendichte zum Verständnis der Prozesse beitragen kann. Gleichzeitig ermöglicht es die Automatisierung der Glukosefütterung, weshalb zukünftig auf Wochenendarbeit verzichtet werden könnte.

 

Volumetrische Beleuchtung von Photobioreaktoren- Entwicklung und Evaluierung eines Systems zum homogenen Lichteintrag in Photobioreaktoren

M. Sc. Martin Heining, Universität Erlangen-Nürnberg

(Fachgebiet Biotechnologie)

Phototrophe Mikroorganismen (Mikroalgen und Cyanobakterien) und Zellkulturen (z.B. Moose) bergen ein großes Potential zur Gewinnung von Hochwertprodukten. Neben dem Einsatz als Produzenten von bioaktiven Substanzen mit pharmazeutischer Relevanz, z.B. Antioxidantien sowie antibakterielle und antivirale Wirkstoffe können sie auch als Expressionssystem für wirtschaftlich hochinteressante rekombinante Proteine dienen. Die Kultivierung phototropher Mikroorganismen im großtechnischen Maßstab ist jedoch durch die reduzierte Lichtverfügbarkeit im inneren Reaktorvolumen besonders bei hohen Zelldichten limitiert. Aus dieser generellen Einschränkung extern beleuchteter Kultivierungsvolumen resultiert das spezielle Design von Photobioreaktoren (PBRs), das sich durch geringe Schichtdicken auszeichnet, um eine ausreichende Lichtversorgung der photosynthetischen Zellen zu gewährleisten. Hieraus ergibt sich allerdings ein hohes Oberfläche-zu-Volumen-Verhältnis, was nur sehr flächenintensive scale-up Lösungen zulässt.

Einen völlig neuartigen Lösungsansatz zur Erhöhung der Effizienz von PBRs bietet die interne Lichtversorgung mittels im Kulturmedium suspendierter Licht-Emitter (WLE), die drahtlos mit Energie versorgt werden. Mit Hilfe dieser WLEs lässt sich Licht gleichmäßiger über das gesamte Reaktorvolumen einbringen. Das frei floatierende interne Beleuchtungssystem bietet die Möglichkeit, sich zukünftig vom Diktat des großen Oberflächen-zu-Volumen-Verhältnisses beim PBR-Design zu  lösen und mittels drop-in Lösungen die bereits bestens charakterisierten und kommerziell erfolgreich eingesetzten Rührkesselreaktoren auch für die Kultivierung von phototrophen Mikroorganismen zu nutzen. Damit würden auch Kultivierungen im industriell relevanten Maßstab ökonomisch möglich werden. Da die drahtlose Energieversorgung der WLEs mittels resonanter induktiver Kopplung geschieht, sind die Mikroorganismen ständig einem frequenten Magnetfeld ausgesetzt. Anhand der Modelalge Chlamydomonas reinhardtii untersuchte Martin Heining, inwiefern sich das elektromagnetische Feld (EMF) auf das Wachstum hinsichtlich der Zellzahl und Biotrockenmassekonzentration sowie auf die photosynthetische Ausbeute auswirkt. Für die untersuchten Frequenzen (15 und 178 kHz) und magnetischen Flussdichten (1,1 und 0,95 mT) zeigt sich kein Einfluss des EMF auf das Wachstum von C. reinhardtii. Auch in einer Langzeit-Kultivierung zeigt sich kein Einfluss des EMF auf das Wachstum der Mikroalge. Außerdem konnte er die Elektronik der WLEs erfolgreich auf eine Größe von unter 1 cm reduzieren, um eine homogenere. Lichtverteilung zu erzielen. Als Verkapselungsmaterial für die Elektronik stellen sich Polypropylen-Hohlkugeln als biokompatibles und erfolgversprechendes Material heraus. Bei einer ersten Test-Kultivierung mit dem neuen Beleuchtungssystem im Kleinstmaßstab ergab sich ein vergleichbares Wachstum zu einer extern beleuchteten Kultur. Das Konzept der internen Beleuchtung mittels WLEs wird von Martin Heiningim Rahmen einer Promotion näher untersucht und optimiert.

 


 

Optimierung der Partikel basierten Festphasensynthese hochdichter Peptidarrays durch Laser-Fusing

Dipl.-Ing. Pascal Baumann, Karlsruher Institut für Technologie

(Fachgebiet Biotechnologie)

Trotz hoher Komplexität der Struktur von Proteinen sind oftmals kurze Peptide (10-20 Aminosäuren) für deren eigentliche Funktion und spezifische Bindeeigenschaften entscheidend. Für Screenings der Diagnostik, Analytik oder therapeutische Zwecke mit kleinen Probenvolumina müssen Molekülbibliotheken erstellt werden, die bei hoher Peptiddichte eine schnelle und effiziente Suche nach Zielmolekülen ermöglichen. Anwendung finden Mikroarrays unter Anderem in der modernen Molekularbiologie für immunologische und enzymatische Tests, Toxizitätsuntersuchungen sowie bei der Aufklärung zellbiologischer Mechanismen.

Die gängige SPOT-Synthese, also das definierte Aufbringen der Aminosäurebausteine aus Lösung durch Pipettierschritte, ermöglicht Auflösungen von nur etwa 25 verschiedenen Peptiden pro cm² Trägerfläche. Am deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ) in Heidelberg wurden deshalb alternative Syntheseverfahren mit in einer Feststoffmatrix eingebetteten Aminosäuren entwickelt die bereits um Faktor 1000 höhere Auflösungen der Spottechnologie erreichen.

Pascal Baumann beschäftigte sich in seiner Diplomarbeit am Institut für Mikrostrukturtechnik (IMT) des KIT mit der Optimierung des neu entwickelten Laser-Fusing Verfahrens. Hierbei werden die Syntheseträger vollständig mit Aminosäurepartikeln beschichtet und lokal per Infrarotlaser an gewünschten Positionen beschossen, wodurch Partikel ortsgenau fixiert werden können. Nicht geschmolzene Partikel können durch Druckluft entfernt werden. Die eigentliche Kopplung an den Träger findet in einem Heizofen statt, indem die erzeugten Schmelzbereiche oberhalb der Glasübergangstemperatur erhitzt werden und die Aminosäuren durch Aufhebung der Difussionsbarriere frei beweglich vorliegen.

Pascal Baumann untersuchte unterschiedliche Partikelbeschichtungsmethoden und die Auswirkung verschiedener Laserparameter auf die maximale erreichbare Peptiddichte pro Trägerfläche. Anhand einer Nutzwertanalyse wählte er zwei Beschichtungsverfahren aus, die er weiterentwickelte. Hierbei konnte er definierte Laserspots von 10μm erzeugen. Dies entspricht einer maximal möglichen Auflösung von 106 Peptiden pro cm² (40000-fache Auflösung der SPOT-Synthese). Abschließend validierte Pascal Bauman die neuen Prozessvarianten des Laser-Fusing Verfahrens durch eine vollständige Kopplungsreaktion mit dem Influenza Hämagglutinin Peptid (HA-Peptid) und Anfärben mit fluoreszent markierten anti HA Antikörpern.

 

Elektrochemische Funktionalisierung von Carbon Nanotubes

Dipl.-Ing. Maik Becker, Technische Universität Clausthal

(Fachgebiet Verfahrenstechnik)

Kohlenstoff Nanoröhrchen (engl. carbon nanotubes, CNTs) sind aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften und der vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten Gegenstand intensiver Forschungsarbeiten. CNTs können als Katalysatorträgermaterial, beispielsweise in Brennstoffzellen oder in der Fischer-Tropsch-Synthese, zur Anwendung kommen. Ebenfalls möglich ist die Verwendung als Zusatzstoff in Polymeren, um deren mechanische Stabilität sowie die elektrische und thermische Leitfähigkeit zu erhöhen. Jede dieser Anwendungen erfordert eine Oberflächenmodifikation der CNTs.

In seiner Diplomarbeit untersuchte Maik Becker die Möglichkeit der elektrochemischen Funktionalisierung von mehrwandigen CNTs (MWNTs) mithilfe von bordotierten Diamantelektroden (BDDElektroden). Die bisherige Anwendung von BDD-Elektroden liegt hauptsächlich in der Abwasseraufbereitung, da an diesen Elektroden organische Verunreinigungen vollständig mineralisiert werden können. Die hohe Überspannung an BDD-Elektroden in wässrigen Lösungen (2.5 V vs. NHE) führt zur Erzeugung von Hydroxylradikalen, die als starkes Oxidationsmittel wirken und die Oberfläche der CNTs teilweise oxidieren und dadurch funktionalisieren können. Den Erfolg der Funktionalisierung überprüfte er durch Elementaranalysen, thermogravimetrische Analysen, Raman- und IR-Spektroskopie, sowie Boehm-Titrationen. Durch systematische Variation der Reaktionstemperatur, der Stromdichte, der Säurekonzentration und der MWNT-Beladung konnte er dnr Grad der Funktionalisierung erhöhen. Im Vergleich zur standardmäßig durchgeführten Funktionalisierung in kochender konzentrierter Salpetersäure liefert die elektrochemische Funktionalisierung zwar etwas geringere Funktionalisierungsgrade. Sie besticht jedoch durch ihr wesentlich geringeres Gefährdungspotential und die sehr definierte Reaktionsführung verglichen mit der etablierten Salpetersäurebehandlung.

 


 

Optimierung von Katalysatoren für die Fischer-Tropsch-Synthese hinsichtlich Dispersion und Stabilität

Dipl.-Ing. Henning Becker, Technische Universität Clausthal

(Fachgebiet Verfahrenstechnik)

Die Fischer-Tropsch-Synthese (FTS) ist ein seit etwa 100 Jahren bekannter Prozess zur Herstellung von Kohlenwasserstoffen aus Synthesegas und stellt somit einen entscheidenden Prozessschritt für die Herstellung von synthetischen Treibstoffen aus Biomasse dar. Als Katalysator wird Cobalt eingesetzt, das feinverteilt auf ein hochporöses Trägermaterial aufgebracht ist. Je kleiner die Cobalt-Nanopartikel, desto größer ist die Produktivität des Prozesses. Dabei sind Partikelgrößen von 5 bis 10 nm optimal. Solch kleine Partikel tendieren jedoch zum Sintern, so dass die Oberfläche und somit die Aktivität des Katalysators mit der Zeit verloren geht. Dieses Phänomen wird als Desaktivierung bezeichnet. In seiner Arbeit verfolgte Henning Becker das Ziel, durch eine bessere Kontrolle der Cobalt-Partikelgröße sowohl die Aktivität des Katalysators als auch die Langzeitstabilität zu steigern.

Katalysatoren für die FTS werden typischerweise durch Imprägnieren eines Cobaltsalzes in die Poren eines Trägermaterials hergestellt. Durch die anschließende thermische Behandlung dieses Katalysatorvorläufers zersetzt sich das Cobaltsalz zu Cobaltoxid. Dabei entsteht unter anderem NO2, das als Indikator für den Reaktionsfortschritt dienen kann. Dieser Herstellungsschritt beeinflusst die Größe der Cobaltpartikel, da hier bereits Sintervorgänge eine Rolle spielen.

Henning Becker behandelte in seiner Arbeit die Katalysatorvorläufer mit einem definierten Temperaturprogramm, so dass er den Grad der Zersetzung durch Messung der NO2-Konzentration zeitaufgelöst verfolgen konnte. Durch die Zugabe geringer Mengen an NO erreichte er, dass die Zersetzungsreaktion des Salzes bereits bei niedrigeren Temperaturen eintritt. Damit lässt sich das Sintern der entstehenden Nanopartikel deutlich reduzieren. Gleichzeitig reduziert sich die Zeitdauer der thermischen Behandlung auf ein Zehntel. Diese einfache Methode kann einen signifikanten Beitrag dazu leisten, dass künftig verbesserte Katalysatoren für die FTS in industriellem Maßstab hergestellt werden können.

 

 

Dynamische Simulation des Temperaturverlaufs in einer Behälterwand beim Ausströmen eines realen Gases

M. Sc. Clemens Koppold, Technische Universität München

(Fachgebiet Verfahrenstechnik)

Verschiedene Anlagenteile in Gasanlagen werden zur schnellen Druckentlastung mit einem Schnellentspannungssystem ausgestattet. Durch diese Schnellentspannung kühlt sich das Gas in der Anlage entsprechend ab. In der Sicherheitstechnik wird nun für die konservative Temperaturauslegung eines Behälters die niedrigste thermodynamisch mögliche Temperatur des Gases ohne Berücksichtigung der Umgebung herangezogen. Ziel der Arbeit von Clemens Koppold war es ein Modell aufzubauen, mit dem die niedrigste auslegungsrelevante Wandtemperatur der Anlagenteile, speziell der Druckbehälter, unter Berücksichtigung der Umgebung bestimmt werden kann. Außerdem soll das Model anhand von Messdaten verifiziert werden.

Dazu erstellte er ein Simulationsprogramm mit MATLAB, mit dessen Hilfe sich die Temperaturen eines ausströmenden Gases und die Temperaturen eines Behälters unter Einfluss dieses Gases dynamisch berechnen lassen. Das Programm berücksichtigt global das thermodynamische und strömungsmechanische Verhalten des Gases inklusive der temperaturabhängigen Stoffeigenschaften. Der Behälter wird als rotationssymmetrischer Netzkörper aufgebaut, sodass Temperaturen am Behälter mit sehr hoher lokaler Auflösung ausgewertet werden können. Die beiden Systeme "Behälter" und "Gas" sind über die Wärmeübergangsgleichungen miteinander gekoppelt. Mit diesem Programm lässt sich so die globale Gastemperatur und die lokale Temperatur an jeder Stelle des Behälters als Funktion der Zeit numerisch bestimmen.

Durch den Vergleich der Simulationsdaten mit experimentell bestimmten Werten konnte Herr Koppold zeigen, dass das Programm die Forderung nach einer möglichst hohen Genauigkeit bei möglichst kurzer Rechendauer erfüllt. Zusätzlich führt die detaillierte Auswertung der Simulationsergebnisse durch die zeitliche Korrelation von aktueller Temperatur mit dem zugehörigen Druck zu einem besseren Verständnis der dynamischen Entspannungsprozesse. Die Auslegung drucktragender Bauteile kann mit Hilfe der Simulation effizienter, kostengünstiger und materialsparender erfolgen. Die Untersuchungen von Clemens Koppold haben gezeigt, dass die minimale Behälterwandtemperatur stets deutlich höher ist, als bei der konservativen Auslegung angenommen wird. Mit Hilfe der Simulation ist eine optimierte Temperaturauslegung der Behälter möglich. Durch diese Optimierung können Überdimensionierungen vermieden werden und die Behälter durch die erweiterte Materialauswahl kostengünstiger beschafft werden.

 

Aufreinigung von grün fluoreszierendem Protein mittels funktionalisierter magnetischer Nanopartikel im Hochgradienten-Magnetseparator

M. Sc. Stefan Reinlein, Technische Universität München

(Fachgebiet Verfahrenstechnik)

In der Bioverfahrenstechnik besteht ein zunehmender Bedarf an effektiven Verfahren zur Aufreinigung von Bioprodukten, wie beispielsweise Nukleinsäuren oder Proteinen. Eine sehr vielversprechende Alternative zu konventionellen Methoden ist der Einsatz von funktionalisierten magnetischen Partikeln in Kombination mit der Hochgradienten-Magnetseparation. Diese Technologie ermöglicht es, das Zielprodukt direkt aus ungeklärten Biosuspensionen zu isolieren und somit sowohl eine Reduktion der Prozessschritte, als auch eine Steigerung des insgesamt erzielbaren Umsatzes zu erreichen.

Stefan Reinlein zeigte in seiner Arbeit, dass auf diese Weise bei einem Partikeleinsatz von 50 g in nur einer Stunde bis zu 4,5 g grün-fluoreszierendes Protein (GFP) direkt aus aufgeschlossenem E. coli Zelllysat gereinigt werden kann. Die Reinheit des Proteins hierbei betrug 96%, die Gesamtausbeute des Prozesses 95,4%. Die Hauptgründe für diese außergewöhnlich guten Ergebnisse sind in der neuartigen Metall-Chelatstruktur an der Oberfläche der Partikel und deren großen effektiven Oberfläche zu sehen. Die Sorbentien wiesen zum einen eine sehr hohe Selektivität und zum anderen eine große Bindekapazität (qmax = 245 mg g-1) für His-GFP in Anwesenheit der Zellbestandteile auf. Außerdem ließen sich der Partikel gut wiederverwenden, bei schnellen Adsorptions- und Desorptionskinetiken.

zurück zur Übersicht

© DECHEMA e.V. 1995-2019, Last update 25.07.2019

DECHEMA e.V.
Theodor-Heuss-Allee 25
60486 Frankfurt
Telefon (069) 7564-0
Telefax (069) 7564-201


Kontakt/Contact:
Dr. Kathrin Ruebberdt
Tel. +49 (0) 69 / 75 64 - 2 77
Fax +49 (0) 69 / 75 64 - 2 72
e-Mail:
Veranstaltungen
Jetzt Mitglied werden