Projekt 11208/01

Einsatz von biologisch abbaubaren Biopolymeren (PHB) als Ersatzmaterial fĂŒr Polystyrol bei der Anwendung immunologischer Testsysteme

ProjekttrÀger

pab productions
BĂŒrgermeister-Herzog-Str. 5
85241 HebertshausenZielsetzung und Anlass des Vorhabens Testsysteme in Medizin, Forschung und verschiedenen Bereichen der Analytik werden auf Material aus Polystyrol durchgefĂŒhrt. Allein bei der Verbrennung des Kunststoffes aus diesem Bereich entstehen jĂ€hrlich 32000 Tonnen Kohlendioxid. Ziel des Vorhabens war es deshalb, das in diesem Bereich verwandte Polystyrol durch nachwachsende Rohstoffe zu ersetzen, die dennoch vergleichbare analytische Eigenschaften haben sollten. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenEs wurden unterschiedliche Formulierungen der nachwachsenden Rohstoffe PolyhydroxybuttersĂ€ure (PHB) und Polylactid (PLA) hergestellt, die als Polymermatrix fĂŒr den Ersatz von Polystyrol in immunologischen Testverfahren dienen sollten. Dabei wurden als Formkörper der Festphase Mikrotiterplatten aus transparentem Material und Immunosticks aus nichttransparenter Matrix gewĂ€hlt. ZunĂ€chst wurden Formulierungen fĂŒr den Einsatz adhĂ€siver Bindung, z.B. von Proteinen insbesondere Antikörpern, mit bereits bestehenden Testsytemen getestet. Als Vergleich fĂŒr die BindungskapazitĂ€t wurden handelsĂŒbliche Mikrotiterplatten bzw. Immunosticks eingesetzt. Als Methode der Wahl, um die Eignung der OberflĂ€chen fĂŒr adhĂ€sive Bindungen zu ĂŒberprĂŒfen, wurden Enzymimmunoassays eingesetzt. Die DurchfĂŒhrung dieser Tests erfolgte dabei nach bekannten Verfahren. Weiter sollten Formulierungen erarbeitet werden, die Einlagerungen von funktionellen Gruppen enthalten und somit die Möglichkeit einer spezifischen kovalenten Bindung auch niedermolekularer Substanzen bietet. Nach der Optimierung der Formulierungen fĂŒr adhĂ€sive bzw. kovalente Bindung konnten aus den getesteten Granulaten bzw. StrĂ€ngen Spritzgußprodukte mit reproduzierbarer OberflĂ€che hergestellt werden. Ergebnisse und Diskussion GrundsĂ€tzlich lĂ€ĂŸt sich festhalten, daß die geplanten Ziele im wesentlichen erreicht werden konnten. Durch die Tatsache, daß auf der einen Seite eine Beschichtung von StĂ€rkeformkörpern mit PHB - wie ursprĂŒnglich geplant - nicht durchgefĂŒhrt werden mußte, sich aber auf der anderen Seite die Auswahl der zur Einlagerung geeigneten funktionellen Gruppen sehr schwierig gestaltete, erfolgte eine Umstrukturierung des vorgesehenen Arbeitsplans sowohl hinsichtlich eigener Arbeiten als auch hinsichtlich der notwendigen Fremdleistungspartner. FĂŒr die Optimierung der Testparameter wurde ein deutlich kĂŒrzerer Zeitraum benötigt, da im wesentlichen die Parameter ĂŒbernommen werden konnten, die auch auf Polystyrol gelten. Dagegen wurde fĂŒr die Herstellung geeigneter Formulierungen, insbesondere bei der Einlagerung funktioneller Gruppen liefernden Substanzen aufgrund der Polyesterstruktur der Matrizes deutlich mehr Aufwand benötigt. Vor allem die Erforschung der OberflĂ€chenaktivitĂ€ten von Pulver, Pellets, StrĂ€ngen und Spritzgußteilen war dabei sehr zeitaufwendig. Diese Experimente konnten dahingehend erfolgreich abgeschlossen werden, daß sowohl fĂŒr adhĂ€sive Anwendungen als auch fĂŒr die kovalente Bindung von Amino- oder Carboxylgruppen Formulierungen gefunden werden konnten ( fĂŒr PHB und PLA), die eine geeignete AktivitĂ€t der OberflĂ€che auch nach Weiterverarbeitung durch Spritzgußtechniken aufweisen. Da bei den optimierten Matrizes Marktanteile gegen seit Jahrzehnten etablierte Produkte erkĂ€mpft werden mĂŒssen, ist fĂŒr die Anfangsphase mit einem Anteil von 5 % zu rechnen. Dieser Anteil bedeutet allein fĂŒr Deutschland eine Kohlendioxidentlastung der AthmosphĂ€re von 1500 Tonnen/Jahr. Besonders von Bedeutung ist dabei, daß es fĂŒr die in dem Vorhaben zu substituierenden Einwegmaterialien keine gesetzliche Vorgabe der Verwertung gibt. Alle Abfallprodukte werden letztendlich durch MĂŒllverbrennung entsorgt. Sowohl PHB als auch PLA sind als Ausgangsprodukte kostenintensiver als Produkte aus fossilen Rohstoffen, jedoch fĂ€llt dieser Faktor im Bereich der Analytik und Diagnostik nur mit ca. 1% der Kosten eines Test-kits ins Gewicht. Durch vermehrte Marktanteile können die Produktionskosten der Rohstoffe in Zukunft zusĂ€tzlich gesenkt werden. Insbesondere bei PHB lĂ€ĂŸt sich eine Kostensenkung dadurch herbeifĂŒhren, daß der Kohlenstofflieferant Zucker fĂŒr die Bakterien aus Melasse der Zuckerproduktion gewonnen wird. Öffentlichkeitsarbeit und PrĂ€sentation Aufgrund der InnovativitĂ€t der alternativen Polymermatrizes wurde ein PCT- Patent mit der Nr. PCT/EP98/03616 angemeldet. Um diese neue Produktlinie zu prĂ€sentieren, erfolgte bereits eine Anmeldung fĂŒr einen eigenen Messestand auf der Analytica 2000 in MĂŒnchen. Die Ergebisse werden Interessenten durch MesseprĂ€sentation, Fachartikel und geeignete Werbung zugĂ€nglich gemacht. ZusĂ€tzlich werden dabei auch die Kontakte zu entsprechenden Anwendern und die Strukturen der Bayern innovativ oder BioM AG MĂŒnchen genutzt werden. Fazit Die geplanten Ziele des Förderprojekts konnten erreicht werden, sowohl was die adhĂ€sive Bindung als auch die kovalente fĂŒr transparente und nichttranparente Matrizes aus den nachwachsenden Rohstoffen PHB und PLA betrifft. FĂŒr Produkte mit adhĂ€siver Bindung konnten vermarktbare Matrizes optimiert werden. Die Einlagerung von funktionellen Gruppen tragenden Substanzen, die in der Polyestermatrix auch nach dem Spritzguß noch zufriedenstellende BindungskapazitĂ€t aufweist, bereitet jedoch in Teilbereichen noch Schwierigkeiten. HierfĂŒr wurden zwar Problemlösungen gefunden, dennoch wird im weiteren Produktentwicklungsverlauf noch an verbesserten Formulierungen gearbeitet werden. Dies betrifft besonders die Einlagerung von Carboxygruppen tragenden Substanzen in die Polymermatrix

Übersicht

Telefon

08131/20709

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Bundesland

Bayern

Fördersumme

97.999,31 €

Förderzeitraum

01.05.1997 - 05.12.2001