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11.06.2013

Bioliths: Neue Enzym-Bioreaktoren für ionische Flüssigkeiten

In der Bioanalytik werden – etwa in Trenn- und Affinitätssäulen –  meist dichtgepackte Kügelchen eingesetzt. Ein anderes Konzept stellen die Monolithen dar, das sind homogene polymere Matrix-Strukturen, die von winzigen Poren durchsetzt sind. Ein Verbundprojekt namens „Bioliths“ um den Stuttgarter Polymerchemiker Michael Buchmeiser und den Biotechnologen Bernhard Hauer möchte ein innovatives monolithisches Trägermaterial entwickeln, das sich einmal als Reaktor für bestimmte Enzyme eignen soll. Hierbei sollen die Enzyme jedoch nicht in wässriger Umgebung arbeiten, sondern in ionischen Flüssigkeiten. Davon versprechen sich nicht nur die Forscher aus Stuttgart viel Potenzial für neue Produkte. Auch das Geesthachter Bioanalytik-Unternehmen GALAB Laboratories GmbH ist an dem Projekt beteiligt.

Monolithen
Monolithen sind Trägermaterialien mit einer porösen Struktur.
Quelle: 
Michael Buchmeiser/Universität Stuttgart

Monolithe erlauben im Gegensatz zu kugelförmigen Packungsmaterialien einen rascheren Massentransfer zwischen stationärer und Transportphase – und dies bei sehr geringen Gegendrücken. Ein Phänomen, das Michael Buchmeiser vom Institut für Polymerchemie der Universität Stuttgart noch weiter verbessern will. Deswegen möchte er ein sogenanntes Hybrid-Trägermaterial herstellen. „Wir wollen in die polymere monolithische Matrix  Perlzellulose-Domänen einbetten“, sagt Buchmeiser.

Die Idee: Gibt man in einem weiteren Schritt ionische Flüssigkeiten, das sind neuartige organische, hochpolare Lösungsmittel mit außergewöhnlichen Eigenschaften, sowie Enzyme zu dem Hybrid-Material dazu, beginnt die Zellulose zu quellen. Dadurch werden die Enzyme in den winzigen Hohlräumen der Matrix quasi festgehalten. „So entsteht eine Art kontinuierlicher Bioreaktor“, sagt Jürgen Kuballa, Geschäftsführer von der GALAB Laboratories GmbH. 

Das Konzept: Die Bioliths-Reaktoren sollen es nun erlauben, Lösungen mit Substraten durch die Monolithen zu pumpen. Die Substrate werden dabei durch die in der ionischen Flüssigkeit gelösten Enzymen zum Produkt umgesetzt und können kontinuierlich aus dem Reaktor wieder aus der Transportphase entfernt werden. Welche Enzyme und Substrate hier zum Einsatz kommen, werden insbesondere die Teams um Biochemiker Bernhard Hauer ermitteln und erproben. Auch  derGeesthachter Industriepartner GALAB wird an der Enzymentwicklung beteiligt und prüft den neuen Prozess auf seine Verwertbarkeit. „Eine Enzymgruppe, die wir im Blick haben, sind Lipasen, die unter anderem im Lebensmittel-Sektor eingesetzt werden“, so Kuballa. (pg)

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