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Projekt
Keimbildungskinetik bei der Suspensionskristallisation von Proteinen
Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Matthias Kind
Fachliche Zuordnung
Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
Bioverfahrenstechnik
Bioverfahrenstechnik
Förderung
Förderung von 2016 bis 2020
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 315321274
Die Proteinkristallisation ist ein maßgeblicher Prozessschritt entlang der verfahrenstechnischen Prozesskette bei der biotechnologischen Herstellung von Proteinen und biologischen Aggregaten. Sie dient sowohl zur Aufreinigung von Proteinlösungen als auch zur Formulierung von lagerfähigen Endprodukten. Trotz des hohen Potenzials für die biotechnologische, pharmazeutische und Lebensmittelindustrie sind Untersuchungen zur präparativen Kristallisation dieser komplexen hochmolekularen Stoffe zumeist empirischer Natur.In Suspensionskristallisatoren wird die Kristallgrößenverteilung vor allem durch Keimbildungs- und Wachstumsvorgänge bestimmt. Neben der primären Keimbildung tritt in technischen Kristallisatoren insbesondere sekundäre Keimbildung beispielsweise durch Kollisionen von bereits vorhandenen Kristallen mit dem Rührerblatt auf. Für niedermolekulare Substanzen werden in der Literatur 3 sekundäre Keimbildungsmechanismen unterschieden: Scherkeimbildung, Kontaktkeimbildung und Abrieb. Ziel im ersten Teil des Vorhabens ist es, diese 3 Mechanismen auch für die Proteinkristallisation nachzuweisen und entscheidende Einflussgrößen auf die Kinetik herauszuarbeiten.Der zweite Teil des Forschungsvorhabens ist dem Ziel einer mechanistischen Aufklärung des Abriebs dediziert. Aufgrund schwach ausgebildeter intrakristalliner Wechselwirkungen sind Proteinkristalle weniger mechanisch stabil als Nichtproteinkristalle und neigen daher bei mechanischer Wechselwirkung mit der Prozessumgebung vermehrt zu Keimbildung durch Abrieb. Im Vordergrund steht eine modellhafte Beschreibung und Quantifizierung des Abriebs als Funktion definierter mechanischer Beanspruchungen und der mechanischen Eigenschaften der Kristalle. Ein für niedermolekulare Kristalle publiziertes Modell zur Beschreibung des Abriebs soll hinsichtlich seiner Gültigkeit für Proteinkristalle bewertet werden.Durch die qualitative, mechanistische Beschreibung sekundärer Keimbildungsmechanismen und die quantitative Beschreibung der Keimbildungskinetik bei der technischen Proteinkristallisation soll eine kontrollierte sekundäre Keimbildung möglich werden und dadurch die Produktqualität und Effizienz von Proteinkristallisationsprozessen maßgeblich gesteigert werden können.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
