FOR 856:  Mikrosysteme für partikuläre Life-Science-Produkte

• Fachliche Zuordnung: Wärmetechnik/Verfahrenstechnik ; Informatik, System- und Elektrotechnik ; Medizin
• Förderung: Förderung von 2007 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 33442432

Während Mikrosysteme aufgrund ihrer größenspezifischen Eigenschaften (wie beispielsweise hoher Stoff- und Wärmeübergang, kleine Mischzeiten etc.) für Prozesse mit reinen Flüssigkeiten auf dem Vormarsch sind, wurden aufgrund der Gefahr von Ablagerungen, Verstopfungen und Verschleiß bislang nur wenige Prozesse mit partikelbeladenen Strömungen in Mikrosysteme umgesetzt. Diesen Problemen will sich die Braunschweiger Forschergruppe stellen. Als Modellsysteme wurden zwei komplexe Mikrosysteme gewählt, die im Life-Science-Bereich Anwendung finden: ein Mikrobioreaktor sowie ein Mikrosystem zur Herstellung von wirkstoffbeladenen Lipidnanopartikeln.
Der Einsatz paralleler Mikrobioreaktoren soll die Ermittlung der günstigsten Parameter für die Kultivierung von Mikroorganismen in einem großen Bioreaktor ermöglichen. Herausforderungen sind unter anderem das Zurückhalten der Zellen in den Mikrosystemen, die kontrollierte Nährstoff- und Sauerstoffzufuhr und die Messung der Fluid- und Partikelströmung mittels Micro-Particle-Image-Velocimetry.
Für die Herstellung der wirkstoffbeladenen Lipidnanopartikel muss zunächst die Lipidphase mit den Wirkstoffen vermischt, dispergiert und in der kontinuierlichen Wasserphase voremulgiert werden. Im nächsten Prozessschritt folgt die eigentliche Emulgierung der wirkstoffbeladenen Lipidphase zu Tropfen im Nanometerbereich, die abschließend kontrolliert abgekühlt und zu Lipidnanopartikeln kristallisiert werden. Das Mikrosystem soll ein umfangreiches Screening unterschiedlichster Wirkstoffe und Formulierungen mit geringem Material- und Personalaufwand ermöglichen.
Grundlage für die Bearbeitung dieses Projekts ist unter anderem die interdisziplinäre Zusammensetzung der mitwirkenden Arbeitsgruppen. Folgende Institute der TU Braunschweig sind an der Forschergruppe beteiligt: Mikrotechnik (Entwicklung des Herstellungsprozesses und Bau der Mikrosysteme), Oberflächentechnik (Minimierung von Ablagerungen und Verschleiß durch Oberflächenmodifikationen), Bioverfahrenstechnik (Design und die Sensorik des Mikrobioreaktors), Partikeltechnik (Design und Untersuchung der Mikrostrukturen zur Dispergierung und Homogenisierung), Pharmazeutische Technologie (Homogenisierung und Formulierung der Lipidnanopartikel), Strömungsmechanik (Micro-Particle-Image-Velocimetry und Strömungssimulation) und Computeranwendungen im Bauingenieurwesen (Strömungssimulation).

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen

Projekte

• Entwicklung eines Mikroreaktorsystems als Screening-Instrument für biologische Systeme (Antragsteller Krull, Rainer )
• Entwicklung und Herstellung von Mikrosystemen für partikuläre Life-Science-Produkte (Antragsteller Büttgenbach, Stephanus )
• Funktion und Stabilität von Polyelektrolyt-Multilayerschichten in Mikrosystemen (Antragsteller Klages, Claus-Peter )
• Mechanismen der Ablagerung und Abtragung von Partikeln bei der Strömung disperser Systeme in Mikrokanälen (Antragsteller Scholl, Stephan )
• Mikrokomponenten zur Dispergierung (Antragsteller Kwade, Arno )
• Numerische Strömungssimulation für Dispergierkanäle und Mikrobioreaktoren (Antragsteller Geier, Martin Christian ;  Radespiel, Rolf )
• Untersuchung von Mikrosystemen zur Herstellung nanoskaliger Arzneistoff-Trägersysteme (Antragstellerin Müller-Goymann, Christel )
• Volumetrische Impuls- und Temperaturfeldmessungen mit Zeitauflösung in Mikrosystemen (Antragsteller Kähler, Christian Joachim )
• Zentrale Dienstleistungen (Antragsteller Kwade, Arno )

• Sprecher: Professor Dr.-Ing. Arno Kwade