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

• Erstellungsjahr: 2008

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Es wurde ein modular aufgebautes, fiexibles Prozesskonzept entwickelt auf dessen Basis die Herstellung von magnetischen Funktionspartikeln mit variablen Gehalten an Magnetit sowie funktionellen Nanopartikeln mit Anionen- und Kationentauscherligand möglich war. Die beiden funktionellen Nanopartikelsysteme Magnetit sowie die lonentauscherpartikel wurden mit Hilfe eines Sprühtrocknungsprozesses in verschiedene Matrixpolymere integriert. Die hergestellten Magnefic Beads wurden erfolgreich sowohl hinsichtlich ihrer quantitativen als auch qualitativen Zusammensetzung charakterisiert. Die Analysen belegen, dass sich die funkfionellen Komponenten erfolgreich in vier verschiedene Matrixpolymere integrieren ließen, der Magnetitgehalt konnte zwischen 10 - 40 Ma-% variiert werden. Eine Prozess Scale-up des Herstellungsprozesses auf der Basis des Polymeres PVA als Matrixpolymer mit Wasser als Lösungsmittel konnte erfolgreich durchgeführt werden. Eine Anwendung des Upscalings auf die Herstellung von DCM-basierten Magnetic Beads war aufgrund sicherheitstechnischer Bedenken, die im Rahmen dieses Projektes mit den gegebenen Mitteln nicht gelöst werden konnten, nicht möglich.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Manufacturing of specific magnetic beads with a modular process to design high-valuable material for various applications in biotechnology, Karlsruher Symposium on Magnetic Separation and Nanomagnetics, Karlsruhe, 2006
  Hickstein, B., Peuker, U.A.
  
• Preparation of higly filled super-paramagnetic PMMA-magnetite nano composites using the solution method. Journal of Material Science 41 (2006) 3051 - 3056
  Banert, T., Peuker, U.A.
  
• Synthese von magnetischen Funktionspartikeln für Bio-Trennprozesse - Grenzflächenaspekte innerhalb des Kompositmaterials, Fachausschuss „Grenzflächenbestimmte Systeme und Prozesse", Karlsruhe, 2006
  T. Banert, B. Hickstein, U.A. Peuker
  
• Magnetic separation and bio processes; 2007; ACHEMASIA, Beijing, China
  Kaeppler T, Petersen TL, Hobley T, Posten C
  
• Magnetisierbare Funktionspartikel für die festphasenunterstützte Synthese am Beispiel einer Transferhydrierungsreaktion, Chemie Ingenieur Technik, Volume 79, Issue 12, Pages 2089 - 2097, 2007
  B. Hickstein, R. Cecilia, U. Kunz, U. A. Peuker, A. Kirschning
  
• Manufacturing and sorptive characterization of specific superparamagnetic beads. Poster auf der PARTEC, International Congress on Particle Technology, Nürnberg, 2007
  Hickstein, B., Banert, T., Peuker, U.A.
  
• Superparamagnetische Funktionspartikeln zum Einsatz in der Bioseparation, 2007, ProcessNet, Aachen, Germany
  B. Hickstein, T. Käppler, C. Posten, U.A. Peuke
  
• Synthesis of Magnetic Beads for Bio-Separation Using the Solution Method, Chemical Engineering Communication 194 (2007) 6, 707 - 719
  Banert, T., Peuker, U.A.
  
• 2008. Characterization of magnetic ion exchange composites for protein separation from bio suspensions. Journal of Bioscience and Bioengineering 105 (6), 579 - 585
  Kaeppler T, Hickstein B, Peuker U, Posten C
  
• Advantages of In-Situ Magnetic Separation for Extracellular Protease Production; Posterbeitrag ESBES, European Symposium on Biochemical Engineering Science, Faro, Portugal, 2008
  Martin Cerff, Tobias Käppler, Kim Ottow, Timothy Hobley, Clemens Posten
  
• Bioseparation mit magnetischen Funktionspartikeln - Synthese und Prozessverhalten, Vortrag auf der ProcessNet, Karlsruhe, 2008
  Hickstein, B., Käppler, T., Posten, C , Peuker, U.A.
  
• Characterization of protein capacity of nano cation exchanger particles as filling material for functional magnetic beads for bioseparation purposes. Biotechnology Progress, Volume 24, Issue 2, 409 -416, 2008
  Birgit Hickstein, Urs A. Peuker
  
• In situ magnetic separation for extracellular protein production. Biotechnology and Bioengineering, Wiley InterScience
  Tobias Käppler, Martin Cerff, Kim Ottow, Timothy Hobley, Clemens Posten
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1002/bit.22064)
• In-situ Magnetic separation (ISMS): Protein fishing in reactorscale; 2008; American Filtration and Separations Society, Valley Forge, USA
  Kaeppler T, Posten C
  
• Innovation in bioseparation with magnetic beads, Vortrag auf der ESBES, European Symposium on Biochemical Engineering Science, Faro, Portugal, 2008
  Hickstein, B., Käppler, T., Posten, C., Peuker, U.A.
  
• Protein Separation Properties of Magnetic Beads made by a Spray Process, "The Role of Structure in Biological, Chemical and Environmental Separations", 2008, Costa Rica
  Hickstein, B., Peuker. U.A.