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Projekt
Verhalten von Proteinen in mikrofluidischen Kanälen
Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Sören Hirsch
Fachliche Zuordnung
Mechanische Verfahrenstechnik
Förderung
Förderung von 2016 bis 2022
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 315440263
Mikrofluidik ist ein sich rasch entwickelndes interdisziplinäres Forschungsgebiet, welches Physik, Chemie, Materialwissenschaften und Bioverfahrenstechnik vereint. Die neuartigen Mikrofluidtechniken ermöglichen eine effektive Analyse und Fraktionierung von Proteinagglomeraten. Hierbei bietet die Mikrofluidik-Methode eine schnelle, schonende und hochauflösende Fraktionierung von Partikeln in einem sehr breiten Partikelgrößenbereich von 1 nm bis 100 µm. Aus diesem Grund gewinnt die Anwendung der Mikrofluidik in der Filtrationstechnik, Chromatographie und biochemischen Analytik zunehmend an Bedeutung.Das Ziel des Projekts besteht in der Untersuchung des Verhaltens von Proteinagglomeraten in mikrofluidischen Kanälen. Dabei steht die Optimierung des Designs von Mikrofluidzellen im Vordergrund, um die mechanischen Belastungen während der Fraktionierung von Proteinen zu minimieren. Bei dieser Optimierung werden auch die Trennschärfe und Prozessdurchsatz erhöht, um eine weitere Entwicklung im Bereich der Fraktionierung von Proteinagglomeraten zu ermöglichen.Durch eine prozessbezogene Profilierung des Kanals lassen sich Beanspruchungsintensität und -häufigkeit gezielt manipulieren. Zum Beispiel werden die Agglomerate in einem Kanal mit einem zunehmenden Querschnitt und glatten Wänden infolge von Stößen mit den Kanalwänden nur gering beansprucht. In diesem Fall findet keine Zerteilung von Agglomeraten, die den Kanal passierenden, statt. Dies ist insbesondere wichtig für Proteinagglomerate, welche eine erhöhte Empfindlichkeit gegenüber mechanischen Belastungen aufweisen. Andererseits kann keine effektive Fraktionierung von Agglomeraten bei geringen mechanischen Belastungen stattfinden. Um eine effektive Fraktionierung mit einer schonenden Beanspruchung zu kombinieren, sollen die Verteilungen der mechanischen Beanspruchungen und Zustände von Agglomeraten auf der gesamten Kanalstrecke kontrolliert werden. Der aktuelle Stand der Messtechnik erlaubt nur eine allgemeine Aussage über den durchschnittlichen Zustand von allen, sich im Analysebereich befindenden, Partikeln. Der Antragsteller besitzt Erfahrungen in der Methodenentwicklung zur Charakterisierung von Partikeln im Mikrofluidkanal mittels Impedanzspektroskopie. Mikrofluidische Kanäle werden mit unterschiedlichen Größen und Formen mikrotechnologisch hergestellt und mit Hilfe von eingebauten Mikroelektroden in ein Impedanz-Messsystem intergiert. Um die Verteilung der Beanspruchungen bzw. die Zustände von Partikeln über der gesamten Kanalstrecke zu bestimmen wird die, vom Antragsteller bereits verwendete, Analysemethode erweitert. Die mikrofluidischen Systeme, welche sowohl eine gleichzeitige Trennung von Proteinen als auch Analyse mit Hilfe von integrierten Sensorelementen erlauben, bieten eine Möglichkeit für die Entwicklung von kostengünstigen Fraktionierungssystemen. Eine Übertragung dieser Fraktionierungssysteme auf makroskopische pharmazeutische Serienfertigungsprozesse wird dadurch ermöglicht.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
