Automatisierte, miniaturisierte Bioreaktorplattform

• Fachliche Zuordnung: Verfahrenstechnik, Technische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 583792447

Die beatragte automatisierte, miniaturisierte Bioreaktorplattform ist von zentraler Wichtigkeit für die aktuelle Forschung am Lehrstuhl für Bioverfahrenstechnik sowie für dessen strategische Weiterentwicklung. Das Großgerät soll dabei in drei der vier Forschungsschwerpunkten des Lehrstuhls eingesetzt werden: (1) Nanobiotechnologie, (2) Biokatalyse und Fermentation (beides AG Castiglione) sowie (3) Systembiotechnologie (AG Wahl). Im Bereich der Nanobiotechnologie werden nanoskalige Polymervesikel, sogenannte Polymersomen, in miniaturisierten Rührkesselreaktoren hergestellt und mit (Membran-)Proteinen funktionalisiert, um beispielsweise kompartimentierte Reaktionssysteme für biokatalytische Anwendungen aufzubauen und zu charakterisieren. Aufgrund der hohen Kosten für die maßgeschneiderten Polymere und die nach aktuellem Stand der Technik noch meist herausfordernde Produktion von Membranproteinen in großen Mengen werden diese Prozesse bevorzugt im niedrigen Milliliter-Maßstab durchgeführt. Hierbei können nur gerührte Systeme eingesetzt werden, da der Polymersomenbildungsprozess über die dimensionslose Froudezahl skaliert wird. Im Bereich der Biokatalyse und Fermentation soll mit dem beantragten Gerät die parallelisierte Entwicklung enzymatischer und mikrobieller Produktionsprozesse betrieben werden. Hierfür ist neben einer Bestimmung und Kontrolle von Temperatur, Gelöstsauerstoffkonzentration und pH auch die automatisierte Bestimmung der optischen Dichte sowie in Abhängigkeit des Prozesses weiterer photometrischer Prozessdaten wichtig. Im Forschungsbereich der Systembiotechnologie soll das System für die quantitative Analyse mikrobieller Systeme eingesetzt werden. Die parallelisierte, miniaturisierte Plattform ermöglicht zum einen verschiedene Substrat-Bedingungen metabolisch zu untersuchen. Zum anderen können Experimente mit C13-markierten Substraten, die sehr kostspielig sind, in kleinen Volumina kontrolliert durchgeführt werden. Durch den parallelen Einsatz verschiedener Markierungsmuster kann die Auflösung von intrazellulären Stoffwechselwegen wesentlich erhöht werden. Aufgrund der sehr unterschiedlichen Anwendungen ist eine flexibel anpassbare Software zur Automatisierung der Prozesse ein wichtiger Bestandteil des Gesamtsystems.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Automatisierte, miniaturisierte Bioreaktorplattform
• Gerätegruppe: 3520 Bakterien-Zuchtgeräte, Fermenter
• Antragstellende Institution: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
• Leiterin: Professorin Dr. Kathrin Castiglione