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Untersuchung der magnetfeldüberlagerten Zentrifugation zur effizienten Separation von Mikroorganismen in Labor und kleintechnischem Maßstab

Untersuchung der magnetfeldüberlagerten Zentrifugation zur effizienten Separation von Mikroorganismen in Labor und kleintechnischem Maßstab
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Project Group:BMWI

 

Die Biotechnologie wird als die Schlüsseltechnologie für das 21. Jahrhundert bezeichnet. Der Schwachpunkt biotechnologischer Prozesse ist momentan allerdings noch die Aufbereitung der Biorohsuspensionen – das so genannte Downstream Processing. Dieses bündelt teilweise bis zu 80% der Investitions- und Betriebskosten. Ein möglicher Weg zur Verbesserung des Downstream Processing ist die selektive Magnetseparation. Dabei werden spezielle Magnetbeads mit einer auf das Zielprodukt abgestimmten Oberflächenfunktionalisierung als Trägerpartikeln eingesetzt. Die Gewinnung des Zielprodukts erfolgt dann durch die Abtrennung des magnetischen Trägermaterials.

Zur Anwendung der selektiven Magnetseparation beispielsweise in biotechnologischen Prozessen sind vor allem kostengünstige Synthese- und Funktionalisierungsverfahren der magnetischen Trägerpartikeln, sowie die Entwicklung einer effektiven Trenntechnik im industriellen Maßstab, Gegenstand der aktuellen Forschung.

Bislang gibt es jedoch kein Messverfahren, das die Eigenschaften der z.B. in einem selektiven Bioseparationsprozess verwendeten funktionalisierten magnetischen Nanokomposite oder der magnetischen Pigmente in magnetfeldüberlagerten Trennverfahren ausreichend gut zur Prozessauslegung beschreibt. Durch die Integration eines Magnetfeldes in den Rotor einer analytischen Zentrifuge ist es nun aber gelungen, dem Zentrifugalfeld ein magnetisches Feld zu überlagern. Die Ausrichtung des Feldes kann dabei senkrecht oder parallel zur Sedimentationsrichtung erfolgen. Abhängig von der Richtung des magnetischen Feldes kommt es zu einer Hemmung oder Beschleunigung der Partikelsedimentation.

Die Bestimmung des magnetfeldüberlagerten Separationsverhaltens stellt eine einfache Methode dar, grundlegende Auslegungsdaten für eine spätere Separation beispielsweise auf Basis des „Magnetic Fishing“ zu erlangen. Gleichermaßen kann die Zentrifuge auch zur Qualitätskontrolle bei der Herstellung der funktionalisierten Magnetbeads eingesetzt werden.