Herstellungsprozess für superparamagnetische funktionalisierte (Ionentauscher) Polymerpartikel ("Magnetic Beads") für den Einsatz bei der Adsorption im Fermentationsprozess in Kombination mit magnetischer Abscheidung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Urs Peuker; Professor Dr.-Ing. Clemens Posten
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Verfahrenstechnik ; Bioverfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2005 bis 2009
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 16850602

Die Abtrennung von Wertprodukten aus einer Biosuspension ist mit hohem Aufwand verbunden. Es müssen in diesem Downstream-Prozess verschiedene Prozessschritte durchlaufen werden, bis das Wertprodukt in der Reinform vorliegt. Eine Alternative, die Zahl der Prozessschritte zu reduzieren, ist eine selektive Adsorption des Wertprodukts an einem polymeren Trägermaterial. Die technische Umsetzung dieses Verfahrens erfordert eine große Menge an Adsorbens. Für eine Prozessgestaltung mit Adsorbenspartikeln in einem Kreislauf sind neben den Adsorptionseigenschaften auch die Eigenschaften hinsichtlich der Abtrennung aus der Biosuspension ausschlaggebend. Für die Durchführung der Regeneration des Adsorbens bzw. des Adsorbensträgers ist eine vollständige Trennung von Mikroorganismen und Adsorbensträger erforderlich. Eine viel versprechende Methode für eine Abtrennung der Adsorbenspartikeln aus einer Biosuspension ist der Einsatz der Kombination aus magnetischen bzw. magnetisierbaren Partikeln und einem Magnetabscheider. Die Kosten für solche sog. Magnetic Beads , wie sie momentan am Markt erhältlich sind, sind für einen technischen Einsatz im Produktionsmaßstab um Größenordnungen zu hoch (500 mg: 179,- ¿). Ziel dieses Vorhabens ist es, Funktionsstrukturen zu erzeugen, die neben den benötigten Adsorptionseigenschaften auch gute mechanische Trenneigenschaften besitzen. Als Trennprinzip aus der Biosuspension wird eine Trennung mit einem Magnetabscheider angestrebt. Dazu wird ein magnetisches bzw. magnetisierbares Kompositmaterial aus Polymer (Adsorbens) und Füllstoff (magnetisierbar) hergestellt. Im Mittelpunkt der Untersuchungen steht der Herstellungsprozess, der eine kostengünstige Produktion von magnetisierbaren, biologisch aktiven Partikeln ermöglichen soll und die technische Option des Scale-Up in den Kilogramm- und Tonnenmaßstab offen hält. Im Lösungsweg werden die Herstellung der magnetischen und jene der adsorptiven Funktionalität voneinander entkoppelt. Es werden Ionentauscherpartikeln durch Emulsionspolymerisation und anschließenden weiteren Funktionalisierungsschritten mit einem Durchmesser von 80-150 nm dargestellt. Diese werden gemeinsam mit superparamagnetischem Magnetit (dp < 20 nm) in eine weitere Polymermatrix zu einem Kompositmaterial verbunden. Diese Partikeln mit einem Durchmesser von ca. 10 ¿m enthalten damit die Grundfunktionalisierung und die erforderlichen Trenneigenschaften. Wichtig sind ferner eine gute Dispergierbarkeit in der Biosuspension und eine geringe Sedimentationsgeschwindigkeit. Diese funktionalisierten Magnetpartikeln werden auf ihre Funktionalität innerhalb des Downstream-Prozesses untersucht, wofür mehrere unterschiedliche biologische Stoffsysteme betrachtet werden. Bei diesen Untersuchungen werden die Sorptionseigenschaften genau analysiert. Ziel ist es, einen kostengünstigen Gesamtprozess zu schaffen, der für eine einfache Abtrennung eines Wertproduktes, beispielsweise eines Enzyms, sorgt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen