Die Materialien, sogenannte AB-Diblockcopolymere, bestehen prinzipiell aus zwei aufeinanderfolgenden Abschnitten mit unterschiedlichen Grundbausteinen. Durch die geschickte Auswahl der beiden verwendeten Monomere können Leistungsfähigkeit und Stabilität der daraus hergestellten Membranen gesteuert werden. Abhängig von pH-Wert oder Temperatur lassen sich die Polymere schalten und erlauben so eine Auftrennung von Stoffgemischen nach Größe, Polarität oder Ladung.

Daran arbeitet die Nachwuchsgruppe von Uwe Jandt am Institut für Bioprozess- und Biosystemtechnik der Technischen Universität Hamburg Harburg (TUHH) im Rahmen des Projekts „Multiskalige Modellierung und Modifikation von Multienzymkomplexen als Basistechnologie für zellfreie Reaktionskaskaden“. 

Das Konsortium „Zellfreie Bioproduktion“ der Fraunhofer Gesellschaft vereint dafür Forscher von insgesamt acht Fraunhofer Instituten, um genau das zu erreichen. „Die Zusammenarbeit von Ingenieuren und Lebenswissenschaftlern hat hier besondere Bedeutung“, betonte Ulrich Buller aus dem Vorstand der Fraunhofer Gesellschaft bei der Eröffnung des zweiten Statusseminars, das Mitte März in Berlin stattfand.

Die folienartigen Kunststoffmembranen sollen selektiv nur bestimmte Moleküle passieren lassen und so verschiedene Reaktionsräume, sogenannte Kompartimente, voneinander abgrenzen. Der Name SeleKomM steht daher auch für „Selektive Kompartiment-Membran“. Rosenaus Team arbeitet mit zwei weiteren  Arbeitsgruppen der Universität Ulm um Tanja Weil beziehungsweise Kay Gottschalk speziell an der Herstellung dieser robusten Membranfolien.

Während in vielen Branchen, zum Beispiel der Automobilindustrie und der Entwicklung elektronischer Komponenten, neue Produkte fast vollständig mit Hilfe von Modellierung und Simulation entwickelt werden, stehen diese Ansätze für Probleme der Biotechnologie noch am Anfang einer Entwicklung. Noch gilt es, allgemeine Grundsätze für den Zusammenhang zwischen Struktur und Eigenschaften von Proteinen zu klären. Dazu wollen Berensmeier und Wenzel mit ihrem Projekt beitragen.

Sonnenstrahlen einfangen und in Form von energiereichen Zuckermolekülen speichern – das ist eine physikalisch-chemische Meisterleistung, die die Natur in den vergangenen Jahrmillionen auf ihre Weise perfekt gelöst hat. Nur zu gerne würden Biophysiker die Photosynthese zumindest in Teilen nachahmen, um so energiereiche chemische Verbindungen herzustellen.  Dieses Ziel verfolgen auch die Forscher in dem Tandem-Projekt „Nutzung von Sonnenenergie für die Bioelektrokatalyse – Entwicklung von Photobioelektrodenstrukturen“.

Mit dem Projekt wollen die Forscher um Ramona Samba vom NMI in Reutlingen und Martin Weissenborn vom Institut für Technische Biochemie in Stuttgart einen Beitrag dazu leisten, Oxidationsreaktionen im industriellen Maßstab zu etablieren. „In das Tandemprojekt bringen wir unsere Erfahrungen zur Mikrosystemtechnik und der Elektrochemie ein“, sagt Ramona Samba. Das Stuttgarter Team um Martin Weissenborn und Bernhard Hauer beschäftigt sich mit der Entwicklung und Optimierung der Enzyme.

Unter der Koordination von Annette Beck-Sickinger vom Institut für Biochemie der Universität Leipzig will der Forscherverbund deshalb gleich die Abkürzung nehmen: Statt den Umweg über die Reduktionsäquivalente zu gehen, sollen die Elektronen den Monooxygenasen direkt über die Elektrode bereitgestellt werden. Das Ziel ist ambitioniert, scheiterten in den vergangenen Jahren doch schon so manche Ansätze, die Elektronen von der Elektrode weg für enzymatische Reaktionen nutzbar zu machen.

Die Umwandlung von elektrischer Energie, etwa aus Photovoltaik- und Windkraftanlagen, in chemische Energieträger mit Hilfe von Mikroben ist ein Konzept, das in den vergangenen Jahren zunehmend in den Fokus von Biotechnologen gerückt ist. Mit mikrobiellen Elektrosynthesen beschäftigen sich auch der Bioverfahrenstechniker Dirk Holtmann und der Elektrochemiker Klaus-Michael Mangold. Beide arbeiten unter demselben Dach: Dem DECHEMA-Forschungsinstitut (DFI) in Frankfurt am Main.

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.