Projekte

  • Entwicklung eines innovativen Messmodules zur Bestimmung der mikrobiellen Inaktivierungsleistung von UV-Hygienisierungsanlagen

    Die Entkeimung bzw. Eliminierung von Krankheitserregern im Trinkwasser spielt eine eminentwichtige Rolle. UV-Hygienisierungsanlagen erfüllen diese Funktion zuverlässig. Schwachpunkte dieser Technologie sind die begrenzte Lebensdauer der UV-Strahler und die Reduzierung der UV-Leistung durch Fouling und Biofilme. Daher ist eine verlässliche On-line-Funktionskontrolle für ein solches Desinfektionssystem in vielerlei Hinsicht extrem wichtig. In diesem Projekt wurde ein Messmodul für die Anreicherung und Detektion der Keime in der UV-Desinfektionsanlage des Projektpartners UST entwickelt. Das immense Alleinstellungsmerkmal dieses Systems ist diesmarte Kopplung von Dielektrophorese, Pulsation und schnelle Impedanzspektroskopie für die Anreicherung und Messung der noch lebenden Keime auf den Elektroden. Im Ergebnis dieses Projektes entstand ein optimiertes computergesteuertes Messmodul mit integrierter Elektronik. Dieses kann universell an verschiedene Prozesse, die den physiologischen Zustand suspendierter Mikroorganismenpopulation untersuchen, angepasst werden.

  • Monitoring von Klärwerksabwässern auf organische Spurenstoffen (Arzneimittel, Antibiotika, Hormone)

    In den letzten Jahren ist eine rasante Zunahme der Belastung von Abwässern mit Medikamentenrückständen (z.B. Diclofenac, Estradiol, Sulfamethoxazol) zu beobachten. Die Folge ist eine Reihe unerwünschter, unkalkulierbarer und sogar gesundheitsschädigender Auswirkungen auf den Menschen und andere Spezies. Daher arbeitete das iba gemeinsam mit Partnern an der Entwicklung einer modularen Gerätelösung, welche die organischen Spurenstoffe automatisiert vor Ort bestimmte und das Ergebnis für die verschiedensten Endgeräte visualisierbar aufbereitete. Dazu wurden neuartige Sensoren für Diclofenac und Doxorubicin auf Basis spezifischer Aptamereentwickelt. Aptamere sind kurze einzelsträngige DNA- oder RNA-Oligonukleotide, die einen Analyten anhand ihrer dreidimensionalen Struktur erkennen können. Eine intelligenteselbstlernende Software und ein neuartiges Gerätekonzept komplementierten diese Entwicklungen. Das iba entwickelte in diesem Projekt eine sensitive Referenzanalytik auf der Basis der Chromatografie, eine automatisierte Messanordnung für die Messkartusche für bis zu acht Sensoren und eine innovative Messmethode. Diese nutzte die elektrische Impedanzspektroskopie, mit der die Messwerte in kürzester Zeit errechnet und visualisiert werden könnten. Diese Messanordnung kann durch den Einsatz passender Rezeptoren an diverse analytische Aufgabenstellung angepasst werden.

  • Entwicklung einer neuen bioreaktiven Membrantechnik für die Abwasserbehandlung

    In einem Verbund aus Industrieunternehmen und Forschungseinrichtung aus Thüringen sowie einer belgischen Forschungseinrichtung wurden auf der Basis einer innovativen Membran-Bioreaktor-Technik Verfahren und Verfahrenskombinationen zur biologischen Abwasserbehandlungentwickelt. Diese Verfahren basierten auf dem Einsatz immobilisierter hochleistungsfähiger Mikroorganismen und gestatteten die Reinigung von Abwässern, die mit toxischen bzw. schwerabbaubaren Schadstoffen belastet waren (CSB, Schwermetalle, Phenole, PAK, chlorierte KW, Tenside u.a.m.). Der Membranbioreaktor war so konstruiert, dass die verwendete Membran einen Abwasserkreislauf von einem Nährstoffkreislauf trennte. Die Membran diente gleichzeitig als Grundlage zum Aufwachsen eines Biofilms. Im Gegensatz zu den sonst in der Abwasserbehandlung eingesetzten Membranmodulen erfolgte hier jedoch kein Stoffdurchtritt durch die Membran. Abwasser und Nährstofflösung flossen tangential über die Membranoberfläche. Durch diese spezielle biologische Behandlungsmethode reduzierte sich der Energieeinsatz bei der Abwasserreinigung deutlich. Die universelle Auslegung der Membranreaktoren gestattet zukünftig eine Anpassung an beliebige andere Problemabwässer.

  • Entwicklung eines innovativen membranbasierten Verfahrens zur Herstellung von Pharmaka

    Paclitaxel, bekannter unter dem Warenzeichen Taxol®, ist ein wirksames Zytostatikum. Die therapeutischen Anwendungen sind erheblich und haben steigende Tendenz. Das wissenschaftliche Ziel dieses Projektes war daher die Entwicklung eines innovativen und nachhaltigen biotechnologischen Verfahrens zur Synthese dieses therapeutischen WirkstoffsTaxol®. Das technische Ziel war die Entwicklung eines vollautomatisierten Membran-Kontaktors, welcher zur Synthese und in-situ Extraktion der entstehenden Reaktionsprodukte entwickelt wurde. Er kann auch für andere membrangestützten Prozesse eingesetzt werden, z.B. zur Wirkstoffextraktion. Es wurde zusätzlich eine adaptierten at-line HPLC-Prozessanalytik entwickelt sowie aktivierte Derivate der Seitenketten im Bereich bis 1.000 mg hergestellt werden. Ein impedimetrischer Biosensor auf der Basis eines Nickel-NTA-Komplexes zur Bestimmung der Expressionsrate des rekombinanten Enzyms wurde ebenfalls erforscht. Zukünftige Anwendungsgebiete sind Membran(bio)reaktoren, mit denen durch die Membran zwei Reaktionsräume entstehen, wobei in einem die biokatalytische Umsetzung und im anderen die Produktextraktion erfolgen.

  • Einsatz der Hochleistungs-Sequencing-Batch-Reaktor-Technologie sowie der Pervaporation mithydrophoben Zeolithmembranen zur effektiven und energiesparenden Bioethanolerzeugung

    Ziel dieses Forschungsvorhabens war ein wettbewerbsfähiges, energetisch effizientes Verfahrenzur Herstellung von Bioethanol. Dafür wurde die Hochleistungs-Sequencing-Batch-Reaktor-Technologie (HSBR-Technologie) unter Einsatz realer Gärsubstrate für Bioethanolanlagen der zweiten Generation mit einer im Vergleich zu bisherigen Anlagen deutlich höheren Raum-Zeit-Ausbeute weiterentwickelt und optimiert. Das Teilvorhaben des iba konzentrierte sich auf die Entwicklung und Optimierung der Messtechnik für die prozessangepasste Fermentationssteuerung auf Basis der dielektrischen und akustischen Spektroskopie. Als Basis für die Untersuchungenwurde ein prozessadaptierter Bioreaktor im 10-Liter-Maßstab aufgebaut und mit einem innovativen Multisensorsystem   für die Charakterisierung des Reaktorinhaltes, der Sedimentation, der Gasphase und des Kondensates ausgerüstet. Ein Gassensor bestimmte den Kohlendioxidgehalt in der Prozessluft. Darauf aufbauend wurde eine automatische Zyklussteuerung realisiert. Mit dieser wurde prozessangepasst der nächste Zyklus gestartet, sobald das Substrat aus dem aktuellen Zyklus verbraucht war. Ein Ultrabreitband-Mikrowellenmesssystem mit einer Koaxialsonde im Messfenster diente zur Online-Bestimmung der Zellmasse sowie der Hefesedimentation. Aus den so gewonnenen Datensätzen erfolgte eine Merkmalsextraktion für den Entwurf multivarianter Regressionsmodelle auf Basis von statistischen und numerischen Methoden. Dieser innovative, messtechnisch voll ausgerüstete, Bioreaktor kann in der Biotechnologie als Versuchsreaktor für das „Upscaling“ mikrobieller Prozesse zum klein- und mitteltechnischen Maßstab eingesetzt werden, wobei die Messtechnik entsprechend adaptiert werden kann.