Projekt ZMWBioKat forscht für eine umwelt- und ressourcenschonende Biotechnologie

Mit der richtigen Beschichtung sind Metalle bessere Träger für Enzyme, Farbstoffe oder ganze Zellen als die konventionell in der Biotechnologie verwendeten Materialien Glas oder Keramik.

Mit ihrem Projekt „ZMWBioKat“ im Rahmen der Forschungsinitiative „Bioechnologie 2020+“ des BMBF wollen Dr. Ralf Hauser vom Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM in Dresden und Dr. Anett Werner vom Institut für Lebensmittel- und Bioverfahrenstechnik der Technischen Universität Dresden den Beweis antreten und metallische Hohlkugeln und Metallschäume als geeignete Trägerstrukturen entwickeln.

Die besonderen Vorteile von Metallen sind ihre hohe mechanische Stabilität, die hohe Toleranz gegenüber Druckschwankungen sowie die Möglichkeit, sie für jede Anwendung passgenau herstellen zu können. Die große Herausforderung: die funktionale Beschichtung darf sich nicht vom Metall lösen, muss gleichzeitig aber auch ermöglichen, dass die gebundenen Biomoleküle jederzeit für Reaktionen oder zur Auffrischung mit neuen, funktionsfähigen Enzymen ausgewechselt werden können.

Die Dresdner Forscher sehen Kolloidlösungen auf Basis von Metallkoxiden als geeignete Lösung. In sogenannten Sol/Gel-Prozessen verfestigt sich eine flüssig aufgebrachte Schicht zuerst zu einem Gel und über eine Wärmebehandlung schließlich zu einer festen, hochporösen Schicht.

Inhalte der Untersuchungen sind die Wahl des richtigen Schichtmaterials, Schichtqualität und -dicke sowie die Haftfestigkeit der Beschichtung. Des Weiteren werden die spezifische Oberfläche, Porengröße und Porenvolumen genauer betrachtet.

Erste Anwendungsbereiche, in denen Werner und Hauser Biomoleküle auf ihre beschichteten Metalle bringen wollen, sind Biokatalyseprozesse für die Biotreibstoffherstellung sowie der Bereich der Biosensorik. Hier werden metallische Elemente z.B. bereits als Magnete in Mikroventilen eingesetzt. Die Wissenschaftler hoffen, die derzeit üblichen Einwegbiosensoren durch ihre neuartigen Beschichtungen wieder verwendbar zu machen und damit umwelt- und ressourcenschonende Sensorsysteme auf den Weg zu bringen.