Umweltschonende, bio-katalytisch aktive Membranfilter zur Vermeidung chemischer Reinigungsschritte<\/p>\n
Wasser ist die wom\u00c3\u00b6glich wichtigste Verbindung f\u00c3\u00bcr jegliches Leben, und zugleich so stark bedroht wie nie zuvor. D\u00c3\u00bcrren und Verschmutzungen sind bereits heute ernste globale Probleme. Nachhaltige Wege, um die Verf\u00c3\u00bcgbarkeit als auch die Qualit\u00c3\u00a4t von Wasser sicherzustellen, werden seit Jahrzehnten zunehmend erforscht und entwickelt. Eine der vielversprechendsten Methoden ist hierbei die Membrantechnologie. Por\u00c3\u00b6se Polymermembranen lassen sich hinsichtlich ihrer Porengr\u00c3\u00b6\u00c3\u0178e \u00c3\u00a4u\u00c3\u0178erst variabel und zugleich homogen herstellen. Dadurch ergeben sich einmalige Materialien, die zur Abtrennung verschiedenster Wasserinhaltsstoffe unterschiedlicher Gr\u00c3\u00b6\u00c3\u0178e eingesetzt werden k\u00c3\u00b6nnen. Neben der Wasseraufbereitung finden sich Membranen auch in lebensnotwendigen medizinischen Anwendungen, in innovativen Ans\u00c3\u00a4tzen zur Rohstoffverarbeitung, oder in modernen Energiegewinnungstechniken. All diese Beispiele erfordern ma\u00c3\u0178geschneiderte Materialien, welche auf die komplexen Filtrationsgemische angepasst sind.<\/p>\n
Dieses Projekt beschreibt eine strahlenchemische Methode zur Oberfl\u00c3\u00a4chenfunktionalisierung von Polymermembranen mit Biomolek\u00c3\u00bclen. Die Anbindung ausgew\u00c3\u00a4hlter Modellsubstanzen wie den kleinen Biomolek\u00c3\u00bclen Glycin und Taurin als auch von Biomakromolek\u00c3\u00bclen wie Proteinen und Enzymen wurde untersucht. Mikrofiltrationsmembranen bestehend aus Polyvinylidenfluorid wurden mit einer w\u00c3\u00a4ssrigen L\u00c3\u00b6sung der Substanzen impr\u00c3\u00a4gniert und in einem Schritt mit hochenergetischen Elektronen bestrahlt. Die Bestrahlung f\u00c3\u00bchrt zur Aktivierung des Polymers und der Biomolek\u00c3\u00bcle, indessen Folge es zur kovalenten Anbindung kommt. Entscheidend ist die Radiolyse von Wasser, die zur Bildung hochreaktiver Spezies wie OH- und H-Radikalen, sowie solvatisierten Elektronen f\u00c3\u00bchrt. Diese reagieren unmittelbar mit den gel\u00c3\u00b6sten Verbindungen, prim\u00c3\u00a4r unter H-Abstraktion oder Addition, wodurch radikalische Intermediate gebildet werden. Au\u00c3\u0178erdem f\u00c3\u00bchrt die Elektronenbestrahlung zur Bildung von radikalischen Stellen am Polymer, die durch Reaktionen der Wasserradiolyseprodukte mit der Polymeroberfl\u00c3\u00a4che zus\u00c3\u00a4tzlich angereichert werden. Rekombinationen der Radikale im Bereich der Oberfl\u00c3\u00a4che f\u00c3\u00bchren schlie\u00c3\u0178lich zur Ausbildung einer stabilen, kovalenten Immobilisierung der Biomolek\u00c3\u00bcle an die Polymermembran.<\/p>\n
Im Gegensatz zu bestehenden Arbeiten wurde in diesem Projekt die Anbindung von nicht-vinylischen und damit meist weniger reaktiven Substanzen durchgef\u00c3\u00bchrt. Zur Abgrenzung dieser Methode wurde daher eine neue Terminologie vorgeschlagen: radiation-induced graft immobilization (RIGI)<\/em>. Die Reaktionsparameter f\u00c3\u00bcr die Immobilisierung des Modellproteins Rinderserumalbumin wurden systematisch mit der statistischen Versuchsplanung (Design of Experiments<\/em>) untersucht und optimiert. Es wurde gezeigt, dass die Proteinkonzentration, die Impr\u00c3\u00a4gnierzeit und die Bestrahlungsdosis signifikante Faktoren zur Erzielung einer erfolgreichen Anbindung mit hohen Beladungen sind. Es wurden Thesen aufgestellt, um diese Beobachtungen zu erkl\u00c3\u00a4ren. Die Ergebnisse wurden bei der Anbindung eines Enzyms (Lipase) best\u00c3\u00a4tigt. Die abgeleiteten mathematischen Modelle wurden f\u00c3\u00bcr eine Materialoptimierung herangezogen. Sowohl f\u00c3\u00bcr die Protein- als auch f\u00c3\u00bcr die Enzymimmobilisierung konnten exzellente Beladungen bzw. Aktivit\u00c3\u00a4ten erreicht werden, was mit der Entwicklung biokatalytisch aktiver Membranen zum Abbau von Oliven\u00c3\u00b6l demonstriert wurde. Die bioinspirierten Materialien wiesen eine lipolytische Selbstreinigungsf\u00c3\u00a4higkeit auf und konnten ihre verschmutzte Oberfl\u00c3\u00a4che vollst\u00c3\u00a4ndig regenerieren.<\/p>\n Im Rahmen dieses Projekts konnte gezeigt werden, dass die Immobilisierung von Biomolek\u00c3\u00bclen an Polymeroberfl\u00c3\u00a4chen mittels Elektronenbestrahlung hocheffizient durchf\u00c3\u00bchrbar ist. Vorteile dieser Methode sind die schnellen Reaktionen, die eine kontinuierliche Betriebsweise erm\u00c3\u00b6glicht. Neben Kosteneffizienz ist die Umweltfreundlichkeit des Ansatzes ein weiterer Vorteil. Es werden keine Kopplungsreagenzien oder reaktiven Vinylmonomere, keine organischen L\u00c3\u00b6sungsmittel, und keine Additive, Katalysatoren oder Initiatoren ben\u00c3\u00b6tigt. Damit ist dieses Verfahren bestens f\u00c3\u00bcr die Entwicklung von Materialien in biomedizinischen, lebensmitteltechnischen, oder wasserreinigenden Anwendungen geeignet, die h\u00c3\u00b6chsten Qualit\u00c3\u00a4tsanspr\u00c3\u00bcchen unterliegen. Die Anbindung von Proteinen und Enzymen erm\u00c3\u00b6glicht die Entwicklung bioaktiver Polymermaterialien, die eine gro\u00c3\u0178e Bedeutung in modernen und nachhaltigen Produktkonzepten besitzen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Umweltschonende, bio-katalytisch aktive Membranfilter zur Vermeidung chemischer Reinigungsschritte Wasser ist die wom\u00c3\u00b6glich wichtigste Verbindung f\u00c3\u00bcr jegliches Leben, und zugleich so stark bedroht wie nie zuvor. D\u00c3\u00bcrren und Verschmutzungen sind bereits heute ernste globale Probleme. Nachhaltige Wege, um die Verf\u00c3\u00bcgbarkeit als auch die Qualit\u00c3\u00a4t von Wasser sicherzustellen, werden seit Jahrzehnten zunehmend erforscht und entwickelt. Eine der […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"template":"","meta":{"footnotes":""},"categories":[],"tags":[2477],"class_list":["post-52369","promotionsstipendium","type-promotionsstipendium","status-publish","hentry","tag-deutschland"],"meta_box":{"dbu_stipendiaten_az":"20018\/547","dbu_stipendiaten_anrede":"","dbu_stipendiaten_nachname":"Schmidt","dbu_stipendiaten_vorname":"Martin","dbu_stipendiaten_titel":"Dr.","dbu_stipendiaten_fbeginn":"2018-07-01 00:00:00","dbu_stipendiaten_fende":"2021-09-30 00:00:00","dbu_stipendiaten_e_anschrif":"Universit\u00c3\u00a4t Leipzig Fakult\u00c3\u00a4t f\u00c3\u00bcr Chemie und Mineralogie Institut f\u00c3\u00bcr Technische Chemie","dbu_stipendiaten_betreuer":"Prof. Dr. Roger Gl\u00c3\u00a4ser","dbu_stipendiaten_email_dienst":"martin.schmidt@iom-leipzig.de"},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/promotionsstipendium\/52369","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/promotionsstipendium"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/promotionsstipendium"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/promotionsstipendium\/52369\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":58381,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/promotionsstipendium\/52369\/revisions\/58381"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=52369"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=52369"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=52369"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}