Das Projekt "Entwicklung innovativer Mikroreaktoren zur frühen Identifizierung industriell relevanter Enzymreaktionen am Beispiel der Esterase" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität des Saarlandes, Lehrstuhl für Technische Biochemie durchgeführt. Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Durch moderne Methoden der Molekularbiologie kann in kurzer Zeit eine Vielzahl von Variationen von Enzymen erzeugt werden, von deren gezieltem Einsatz man höhere Wertschöpfungen bei reduzierter Umweltbelastung erwartet. In diesem Projekt wurden Systeme etabliert, die es gestatten, biokatalytische Reaktionen mit Umsetzung von Sauerstoff und/oder Säure in großer Zahl zu quantifizieren. Dazu wurden Mikrotiterplatten mit integrierter optischer Sensorik entwickelt und mit pH-Regelung sowie einer angepassten Screening-Methodik eingesetzt. Eine Esterase wurde rationell und evolutiv optimiert. Diese wurde mittels eines Autotransporter-Systems in E. coli an der Oberfläche der Zellen exprimert. Das Screening dieser Zellen wird mittels der pH-Sensorplatten durchgeführt. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden; In einem Projektteil wurden Mikrotiterplatten mit integrierten Optosensoren für Sauerstoff und pH (Messung von Fluoreszenzabschwächung und -abklingzeit) entwickelt. Durch intrinsische Referenzierung sind die Platten kalibrationsarm. Die entwickelten Sensoren wurden charakterisiert anhand der Ansprechzeit, der Reproduzierbarkeit und der Querempfindlichkeit. Die Durchmischung in Mikrotiterplatten wurde durch Analyse von pH-Antworten auf Pulse von Alkali charakterisiert. Enzymatische Reaktionen wurden mittels der immobilisierten Sensoren anhand der pH- oder Sauerstoffänderung beobachtet. Zur Bestimmung kinetischer Parameter wurden geeignete Auswertemethoden unter Einsatz mathematischer Modelle erarbeitet, die für das industrielle Screening geeignet sind. Die Esterase EstA von B.gladioli und eine künstlich erzeugte Esterase EsjA wurden evolutiv variiert zum Einsatz als technischer Biokatalysator. Es geht dabei vornehmlich um die Racematspaltung von Estern. Ein Autotransporter-System in E. coli wurde für die Sekretion von Varianten dieser Esterase genutzt. In Verbindung mit den integrierten Platten und den Screening-Methoden ist eine neue Methode unter Verwendung ganzer Zellen zur schnellen Erzeugung und Testung der katalytischen Aktivität von Enzymen etabliert worden. Fazit: Mit den drei neuen in diesem Projekt entwickelten Mikrotiterplatten mit integrierten Sensoren für pH und Sauerstoff können Enzymkinetiken bestimmt werden. Diese sind in konventionellen Fluoreszenzreadern direkt einsetzbar und benötigen nur einen minimalen Aufwand für die Kalibrierung. Mit diesen Platten konnten umfangreiche Studien zum Mischen und Sauerstofftransport in Mikrotiterplatten durchgeführt werden. Die Platten sind nun kommerziell erhältlich und können auch zum Züchten von Zellen verschiedenster Art eingesetzt werden. Enzyme können mit einem neuen Autotransportersystem in E. coli exprimiert, an die Oberfläche sekretiert und dort aktiv präsentiert werden. Mit diesen Zellen wurden nach molekularer Evolution erste Screening-Tests mit den pH-Platten durchgeführt.
Das Projekt "Verfahrenstechnik Mikroreaktoren, Grundlagen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Institut für Mikrotechnik Mainz e.V. & Co. KG durchgeführt. BMBF-Grundlagenprojekt 'Grundlegende Untersuchungen zur Entwicklung, Realisierbarkeit und Charakterisierung von Mikroreaktoren fuer industrierelevante Reaktionen in der Gasphase'. Sieben Forschungsinstitute als Projektpartner. TP 1 (IMM):'Realisierung und experimentelle Machbarkeit von integrierten Mikroreaktionssystemen fuer heterogen katalysierte Reaktionen in der Gasphase'. Entwicklung von Mikroreaktoren fuer die Ethylenoxidsynthese, die direkte Oxidation von Propylen zu Propylenoxid sowie die partielle Methanoxidation. Entwicklung von Membranmodulen fuer die Produktaufbereitung sowie von miniaturisierten Komponenten fuer eine schnelle, miniaturisierte Analytik. Projektbegleitung durch einen Industriebeirat (BASF, Merck, Degussa, Huels, DuPont).
Das Projekt "Anwendung mikrostrukturierter Katalysatoren bei der parallelisierten Herstellung und Auspruefung von heterogenen Katalysatoren - Teilprojekt: Grundlegende Untersuchung hochparalleler Mikroreaktoren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Institut für Mikrotechnik Mainz e.V. & Co. KG durchgeführt. Bei der katalytischen Umsetzung von gasfoermigen Rohstoffen erfordert das Auffinden und Optimieren eines geeigneten Katalysators nach wie vor viel empirische Forschungsarbeit. Die Miniaturisierung der Testreaktoren unter Zuhilfenahme kombinatorischer Methoden, wie sie im Bereich der Wirkstofforschung bereits erfolgreich eingesetzt werden, soll in diesem Projekt erstmalig auf den Bereich der heterogenen Katalyse angewendet werden, was Zeit- und Kostenvorteile verspricht. Im Rahmen des beantragten Teilprojektes soll ein Mikroreaktorkonzept fuer die parallelisierte Herstellung eines Arrays katalytisch aktiver Proben mittels duennschichttechnischer Methoden umgesetzt und auf die Methanoxidation angewendet werden. Weiterhin werden eloxierte Mikroreaktorplaettchen aus Aluminium zum Einsatz in dem Mikroreaktorsystem der TU Chemnitz realisiert. Stichwoerter: Mikroreaktor, Katalysatorscreening.
Das Projekt "Teilvorhaben: Ionische Flüssigkeiten im Mikroreaktor (OIFLOMMOKRO)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Merck KGaA durchgeführt. Verbundziel ist die Erstellung und Erprobung eines Mikroreaktor-Technikumssystems unter industriellen Bedingungen. Dadurch sollen die notwendigen Reaktionszeiten um mehrere Zehnerpotenzen auf unter 20 min gesenkt und die Produktausbeute und -qualität stark erhöht werden. Auf diese Weise hergestellte ionische Flüssigkeiten (IL) sollen beispielhaft zur elektrochemischen Abscheidung von Metallen (Mg, Al, Ti, Si) in einem Galvanikbetrieb eingesetzt werden. Die Fertigung der Mikroreaktoren soll durch Rapid Prototyping in Verbindung mit Mikrometallpulverspritzguss (MIM) erfolgen. Projektpartner sind die Ionic Liquid Technologies GmbH & Co KG (IoLiTec) in Freiburg, die Merck KgaA in Darmstadt, die Schulz Automatisierungstechnik GmbH in Visbek, die Sessler GmbH in Würzburg und das Bremer Institut für angewandte Strahltechnik GmbH (BIAS), das FhG-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM, das Zentrum für Umweltforschung und Umwelttechnologie der Universität Bremen, alle drei Forschungseinrichtungen in Bremen. Zusammen mit IoLiTec wird Merck in ihrem Teilvorhaben die im Verbundvorhaben erforderlichen Prozessparameter für die Konzeption des Mikroreaktionssystems bestimmen. Zusätzlich steht man für Beratungen bei der Entwicklung und dem Aufbau der Mikroreaktionsanlage zur Verfügung, so dass eine spätere Implementierung der zweiten Testanlage in das großtechnische Produktionsumfeld bei Merck möglich wird: die erste Testanlage wird nach einem erfolgreichem Test durch IoLiTec bei Merck mit Hilfe des 'Numbering up'-Konzepts in diese zweite Testanlage umgesetzt und ausführlich getestet.