Umweltschonende, bio-katalytisch aktive Membranfilter zur Vermeidung chemischer Reinigungsschritte<\/p>\n
Wasser ist die wom\u00f6glich wichtigste Verbindung f\u00fcr jegliches Leben, und zugleich so stark bedroht wie nie zuvor. D\u00fcrren und Verschmutzungen sind bereits heute ernste globale Probleme. Nachhaltige Wege, um die Verf\u00fcgbarkeit als auch die Qualit\u00e4t von Wasser sicherzustellen, werden seit Jahrzehnten zunehmend erforscht und entwickelt. Eine der vielversprechendsten Methoden ist hierbei die Membrantechnologie. Por\u00f6se Polymermembranen lassen sich hinsichtlich ihrer Porengr\u00f6\u00dfe \u00e4u\u00dferst variabel und zugleich homogen herstellen. Dadurch ergeben sich einmalige Materialien, die zur Abtrennung verschiedenster Wasserinhaltsstoffe unterschiedlicher Gr\u00f6\u00dfe eingesetzt werden k\u00f6nnen. Neben der Wasseraufbereitung finden sich Membranen auch in lebensnotwendigen medizinischen Anwendungen, in innovativen Ans\u00e4tzen zur Rohstoffverarbeitung, oder in modernen Energiegewinnungstechniken. All diese Beispiele erfordern ma\u00dfgeschneiderte Materialien, welche auf die komplexen Filtrationsgemische angepasst sind.<\/p>\n
Dieses Projekt beschreibt eine strahlenchemische Methode zur Oberfl\u00e4chenfunktionalisierung von Polymermembranen mit Biomolek\u00fclen. Die Anbindung ausgew\u00e4hlter Modellsubstanzen wie den kleinen Biomolek\u00fclen Glycin und Taurin als auch von Biomakromolek\u00fclen wie Proteinen und Enzymen wurde untersucht. Mikrofiltrationsmembranen bestehend aus Polyvinylidenfluorid wurden mit einer w\u00e4ssrigen L\u00f6sung der Substanzen impr\u00e4gniert und in einem Schritt mit hochenergetischen Elektronen bestrahlt. Die Bestrahlung f\u00fchrt zur Aktivierung des Polymers und der Biomolek\u00fcle, 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\u00fchrt. Diese reagieren unmittelbar mit den gel\u00f6sten Verbindungen, prim\u00e4r unter H-Abstraktion oder Addition, wodurch radikalische Intermediate gebildet werden. Au\u00dferdem f\u00fchrt die Elektronenbestrahlung zur Bildung von radikalischen Stellen am Polymer, die durch Reaktionen der Wasserradiolyseprodukte mit der Polymeroberfl\u00e4che zus\u00e4tzlich angereichert werden. Rekombinationen der Radikale im Bereich der Oberfl\u00e4che f\u00fchren schlie\u00dflich zur Ausbildung einer stabilen, kovalenten Immobilisierung der Biomolek\u00fcle 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\u00fchrt. Zur Abgrenzung dieser Methode wurde daher eine neue Terminologie vorgeschlagen: radiation-induced graft immobilization (RIGI)<\/em>. Die Reaktionsparameter f\u00fcr 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\u00e4gnierzeit und die Bestrahlungsdosis signifikante Faktoren zur Erzielung einer erfolgreichen Anbindung mit hohen Beladungen sind. Es wurden Thesen aufgestellt, um diese Beobachtungen zu erkl\u00e4ren. Die Ergebnisse wurden bei der Anbindung eines Enzyms (Lipase) best\u00e4tigt. Die abgeleiteten mathematischen Modelle wurden f\u00fcr eine Materialoptimierung herangezogen. Sowohl f\u00fcr die Protein- als auch f\u00fcr die Enzymimmobilisierung konnten exzellente Beladungen bzw. Aktivit\u00e4ten erreicht werden, was mit der Entwicklung biokatalytisch aktiver Membranen zum Abbau von Oliven\u00f6l demonstriert wurde. Die bioinspirierten Materialien wiesen eine lipolytische Selbstreinigungsf\u00e4higkeit auf und konnten ihre verschmutzte Oberfl\u00e4che vollst\u00e4ndig regenerieren.<\/p>\n Im Rahmen dieses Projekts konnte gezeigt werden, dass die Immobilisierung von Biomolek\u00fclen an Polymeroberfl\u00e4chen mittels Elektronenbestrahlung hocheffizient durchf\u00fchrbar ist. Vorteile dieser Methode sind die schnellen Reaktionen, die eine kontinuierliche Betriebsweise erm\u00f6glicht. Neben Kosteneffizienz ist die Umweltfreundlichkeit des Ansatzes ein weiterer Vorteil. Es werden keine Kopplungsreagenzien oder reaktiven Vinylmonomere, keine organischen L\u00f6sungsmittel, und keine Additive, Katalysatoren oder Initiatoren ben\u00f6tigt. Damit ist dieses Verfahren bestens f\u00fcr die Entwicklung von Materialien in biomedizinischen, lebensmitteltechnischen, oder wasserreinigenden Anwendungen geeignet, die h\u00f6chsten Qualit\u00e4tsanspr\u00fcchen unterliegen. Die Anbindung von Proteinen und Enzymen erm\u00f6glicht die Entwicklung bioaktiver Polymermaterialien, die eine gro\u00dfe 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\u00f6glich wichtigste Verbindung f\u00fcr jegliches Leben, und zugleich so stark bedroht wie nie zuvor. D\u00fcrren und Verschmutzungen sind bereits heute ernste globale Probleme. Nachhaltige Wege, um die Verf\u00fcgbarkeit als auch die Qualit\u00e4t 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\u00e4t Leipzig Fakult\u00e4t f\u00fcr Chemie und Mineralogie Institut f\u00fcr Technische Chemie","dbu_stipendiaten_betreuer":"Prof. Dr. Roger Gl\u00e4ser","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}]}}