Vielseitige bio-funktionalisierte Membranen
Im Rahmen des Projekts MEM-S (Bottom-up design and fabrication of industrial bio-inorganic nano-porous membranes with novel functionalities based on principles of protein self-assembly and biomineralization) arbeiteten Wissenschaftler an der Kombination dieser Technologien, um kosteneffizient bioanorganische funktionalisierte Membranen im industriellen Maßstab herzustellen. Wichtige wissenschaftliche Durchbrüche von MEM-S führten zur Entwicklung der Oberflächenschicht (S-layer)-Technologie, zu Verfahren zur Gewinnung von porösem Siliziumdioxid sowie zur Verwendung von Biokatalysatoren und einer Sol-Gel-Technik, um wichtige Biomoleküle zu immobilisieren. MEM-S nutzte die inhärente Fähigkeit von S-Layer-Proteinen zur Selbstorganisation und erhielt hochorganisierte Membranstrukturen mit der gewünschten Porengröße. Mithilfe des Enzyms Silicateins wurde anorganisches Siliziumdioxid-Material abgeschieden, um diese organische Membran zu verstärken und wichtige Biomoleküle zu umschließen. Optisch transparente Silicamatrizen und innovative Titandioxid-Dünnfilme wurden unter Verwendung entweder der Silicatein-Enzyme oder der Sol-Gel-Verfahren erzeugt. Interessante Biomoleküle wie Enzyme (für biokatalytische Aktivität) und Antikörper (für das aufspüren von Krankheitserregern wie Legionellen) wurden auf diesen Oberflächen erfolgreich immobilisiert. Im Verlauf des Projekts wurden wichtige Meilensteine erreicht, angefangen mit der erfolgreichen Funktionalisierung von S-Schicht-beschichteten Oberflächen. Daraufhin entwickelte MEM-S Prototypen für funktionalisierte Membranen sowie Enzymatisch und bakterielle Antigen-basierte Biosensoren. Im Projekt erzeugte absorptions-basierte Erkennungschips wurden in mehreren Projektaufgaben verwendet und die resultierende Plattform wurde als Demo-Kit eingesetzt. Darüber hinaus zeigten die Wissenschaftler das Proof-of-Concept für die Entfernung von Legionellen aus Trinkwassersystemen mit einer integrierten Membran-Biosensor-Plattform, für die Siliziumnitrid-Mikrosiebe funktionalisiert wurden. Die Verwendung von Mikroring-Resonator (MRR)-Sensorplattformen erhöhte die Leistung um den Faktor 10 bis 100. Die Verbreitungsaktivitäten umfassten unter anderem 30 Veröffentlichungen in referierten internationalen Zeitschriften, Faltblätter, Massenmedienkommunikation, Ausstellungen, eine Sommerschule und Workshops. Die Mitglieder von MEM-S wurden auch von der deutschen Initiative "365 Orte im Land der Ideen" ausgezeichnet. Zum Schutz des geistigen Eigentums wurden 10 Patente eingereicht und ihr Vermarktungspotenzial bewertet. Die Projektpartner verwendeten diese Technologien für die kommerzielle Anwendung in der Mikrofluidik-basierten Probenverarbeitung und bei der Mikroarray-Entwicklung. Einige erwähnenswerte Anwendungen sind die Lab-on-Chip-Systeme mit TriPleX-basierten MRR-Biosensor-Chips für die Wasseraufbereitung sowie die Verwendung von industriellen Mikro-/Nanosieben für die Lebensmittelindustrie. Zukünftige Anwendungsbereiche umfassen Umweltüberwachung, Arzneimittelverabreichung, medizinische Diagnostik, Dentalprodukte, orthopädische Implantate und rekombinante Silicatein-Technologie.
Schlüsselbegriffe
biofunktionalisiert, S-Layer-Technologie, poröses Siliciumdioxid, Biokatalysator, Sol-Gel, Silicatein, Titandioxid, Biosensor, Mikrosieb, Mikroringresonator
