Keramische dendritische faserförmige Nanosilica (DFNS)-Strukturen für kontinuierliche lytische Bioprozesse

• Antragsteller: Professor Dr. Sascha Beutel; Privatdozent Dr. Michael Maas
• Fachliche Zuordnung: Bioverfahrenstechnik ; Biologische und Biomimetische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 521505483

Im Rahmen dieses Projekts soll ein modulares kontinuierlich durchströmbares Modul mit dendritischen faserförmigen Nanosilica (DFNS)-Partikeln zur effektiven Zelllyse entwickelt werden. In der Bioprozesstechnik ist die Zelllyse der Schlüsselprozessschritt für die Inaktivierung von Zellen oder zur Extraktion intrazellulärer Produkte. Hierbei werden Faktoren wie die Produktrückgewinnung, Herausforderungen beim Downstream-Prozess und die Produktqualität von der Art des Zellaufschlusses entscheidend beeinflusst. Die Lyseverfahren, die derzeitig standardmäßig Anwendung finden, sind meist sehr kostenintensiv, zeitaufwändig und nicht kontinuierlich anwendbar. In Vorarbeiten zu diesem Projekt wurden bereits erfolgreich DFNS-Nanopartikel hergestellt sowie keramische Oberflächen mit DFNS Strukturen beschichtet. Mit diesen Partikeln konnte in statischen und dynamischen Vorversuchen bereits ein deutlicher mechanischer Lyseeffekt der DFNS-Strukturen nachgewiesen werden. Ein Prototyp eines dynamischen Lysesystems zeigte eine vollständige Zelllyse nach fünf Passagen. Dies verdeutlicht das große Potential dieses Projekts ein kostengünstiges, effizientes, modular anwendbares und kontinuierlich betreibbares Lysemodul zu entwickeln. Mithilfe der Expertisen im Bereich der Herstellung von Hochleistungskeramiken (Advanced Ceramics Bremen) und im Bereich der Bioprozesstechnik (Institut für Technische Chemie) soll im Rahmen dieses Projektes erfolgreich interdisziplinär zusammengearbeitet werden. Neben der Herstellung und Optimierung der feinen DFNS-Strukturen für die mechanische Lyse von pro- und eukaryotischen Zellen, soll die einzigartige faserige Morphologie des DFNS genutzt werden, um mithilfe einer Enzymimmobilisierung einen synergistischen Lyseeffekt zu erzielen. Da die DFNS-Strukturen leicht modifizierbar sind, bieten sich bei diesem Projekt neben einer optimierten Zelllyse langfristig noch vielfältige Möglichkeiten durch beispielsweise hydrophobe Funktionalisierungen und sauerstoffdefizitäre Oberflächenmodifikationen katalytische oder photokatalytische Eigenschaften und Effekte zu nutzen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Kurosch Rezwan