Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung innovativer Trennphasen für rein wässrige flüssigkeitschromatografische Anwendungen auf Basis von Perlcellulose

Im Vordergrund dieses FuE-Vorhabens steht die Entwicklung innovativer Trennphasen für rein wässrige flüssigkeitschromatografische Anwendungen auf Basis von Perlcellulose.

Ausgehend von den vielversprechenden Ergebnissen eines abgeschlossenen IGF-Vorhabens (18033 BG) sollen die bereits entwickelten Packungsmaterialien hinsichtlich ihrer chromatografischen Anforderungen verbessert werden. Dies bedarf einer Optimierung sowohl des Herstellungsprozesses der partikulären Cellulosen, als auch der Ertüchtigung des Packprozesses sowie einer Optimierung und Anpassung der Modifizierungen. Hierdurch wird die Trenneffizienz der gepackten Säulen ganzheitlich optimiert, sodass wesentliche Zielkriterien für eine erfolgreiche Markteinführung erreicht werden.

Diese innovativen Trennphasen stellen, aufgrund der geringen Kosten für das Ausgangsmaterial, den Herstellungsprozess und die einfache Funktionalisierung, eine billige Alternative zu silikabasierten Materialien dar. Insbesondere bei Anwendungen in lösemittelfreien Systemen zeigen sich die Perlcellulose gegenüber silicabasierten Phasen überlegen.

Im Vorläuferprojekt konnte dargestellt werden, dass die temperaturabhängigen Phasen bereits bei geringen Temperaturen schaltbar sind. Dies stellt im Vergleich zum Stand der Technik eine herausragende Eigenschaft der Perlcellulose-Phasen im Vergleich zu Silikagel-basierten Umkehrphasen dar und eröffnet eine Vielzahl an Kopplungsmöglichkeiten. Daher sollen diese innovativen Trennphasen im Rahmen dieses Forschungsantrags auch an chromatografische Trennprobleme aus dem Anwendungsbereich der Biotechnologie adressiert werden.

Die Biotechnologie ist seit einigen Jahren stabil wachsender Markt mit einem sehr hohen Anteil an kleinen und mittleren Unternehmen, die durch die Entwicklung neuer, kostengünstiger und innovativer Materialien zur Aufreinigung oder zur Beantwortung bioanalytischer Fragestellungen, ihre Position im deutschen Markt stärken können.

Ergebniszusammenfassung:

Aufbauend auf den Ergebnissen des Vorläuferprojektes 18033 BG wurde zunächst ein Slurry-basiertes Verfahren zur reproduzierbaren und robusten Packung der Trennmaterialien entwickelt. Da vor allem das Feld der Bioapplikation adressiert wurde, bei der die verfügbaren Probenmengen häufig stark limitiert sind, war es notwendig, miniaturisierte Trennsäulen mit einem Innendurchmesser bis maximal 500 μm zu realisieren. Durch Reduzierung des Innendurchmessers und der Säulenlänge konnte die benötigte Menge an Perlcellulose pro gepackte Trennsäule deutlich reduziert werden. Dies eröffnete die Möglichkeit, aufwändigere Reinigungs- und Klassierungsschritte zur Aufreinigung der Perlcellulose durchzuführen und damit die Effizienz zu verbessern und die Partikelgrößenverteilung zu reduzieren. Darüber hinaus wurden innerhalb dieses Forschungsvorhabens eine speziell für die Bioanalytik geeignete Modifikation der Perlcellulose mit einer geeigneten Diol-Gruppe entwickelt sowie ein deutlich poröseres Material erzeugt.

Auf Grundlage der erzielten Ergebnisse erscheint es realistisch, die neuen Phasenmaterialien insbesondere für Anwendungen aus dem Bereich der Bioanalytik (Proteinaufreinigungen und -trennungen) einzusetzen. Von den Projektergebnissen profitieren zum einen Hersteller von chromatografischen Phasen als auch Anwender aus den Bereichen Pharma, Chemie und Biotechnologie.