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Modellierung / Numerische Simulation zur Proteinadsorption und Magnetseparation

Modellierung / Numerische Simulation zur Proteinadsorption und Magnetseparation
Forschungsthema:Theoretisch
Typ:Masterarbeit
Datum:ab sofort
Betreuer:

Marie-Luise Maier

Im Chemieingenieurwesen ist die Modellierung mikroskopischer und makroskopischer Vorgänge oft von großem Interesse. Beispielsweise haben mikroskopische Adsorptionsprozesse von Protein an die Oberfläche magnetischer Partikel (siehe Bild) einen wichtigen Einfluss auf die Qualität und Quantität der Abtrennung von Protein mittels der Magnetseparation. Dabei wird das mit Protein beladene magnetische Partikel mittels Magnet- und Zentrifugalkräften von der Fermentationsbrühe abgetrennt, was wiederum mit einem makroskopischen Modell beschrieben werden kann. Üblicherweise wird jede Skala (Mikro- und Makroskala) in einem eigenen Modell  formuliert und eine passende Software zur Simulation verwendet.

Lindner, J.: On Continuous Magnetically Enhanced Centrifugation in Large Scale Downstream Processing of Bioproducts. München: Verlag Dr. Hut 2014.

Die Modellierung mikroskopischer Effekte (z.B. Dipole oder Grenzschicht Effekte) kann mittels Partikel-Verteilungsfunktionen erfolgen, statt Durchschnittsgeschwindigkeiten zu verwenden, die weniger Informationen enthalten. Des Weiteren sind intermolekulare Kräfte für die Phasentrennung verantwortlich, so dass die Phasengrenzen nicht zusätzlich manipuliert werden müssen, um Grenzeffekte zu modellieren.

Um die verschiedenen Skalen der Proteinabtrennung mittels Magnetseparation in einem Modell zu vereinigen und die Teilaspekte zu simulieren, verwenden wir eine Lattice Boltzmann Methode (LBM) und entwickeln und arbeiten wir mit der open source Software OpenLB (www.openlb.net). Der Fokus unserer Arbeit liegt darin, Prozesse des Chemieingenieurwesens zu simulieren.

Themen für eine Master- oder Diplomarbeit können aus folgenden Bereichen gewählt werden:

  • Modellierung und Simulation von partikelbeladenen Strömungen (z. B. Magnetpartikel)
  • Fluid-Struktur Wechselwirkung
  • Adsorptionsvorgänge
  • Magnetische Partikelablagerungen
  • usw.

 

Falls Interesse an dem Thema oder Fragen dazu bestehen, kann gerne Kontakt mit mir aufgenommen werden:

 

Marie-Luise Maier
Geb.30.70 R 207
Tel.:0721 – 42429
E-Mail: marie-luise.maier@kit.edu