Entwicklung eines mikrofluidischen Bioreaktors für die Kultivierung von Pflanzenzellen

Tim Finkbeiner
2019
Die direkte Herstellung pflanzlicher Sekundärstoffe mithilfe von Pflanzenzellkulturen, die in klassischen Produktionsverfahren, wie z. B. im Batch-Fermenter, durchgeführt werden kann, ist für einige Produkte gut beschrieben. Das bekannteste Produkt ist sicherlich Paclitaxel [1]. Daneben gibt es in Pflanzen wertvolle Verbindungen, die durch die Zusammenarbeit unterschiedlich differenzierter Zelltypen biosynthetisiert werden. Die Differenzierung der Pflanzenzelltypen und somit die Produktion
more » ... die Produktion dieser Verbindungen werden jedoch unter den Bedingungen im Batch-Fermenter beeinträchtigt. Da auch eine alternative Herstellung vieler dieser komplexen Verbindungen über die chemische Syntheseroute bis heute nicht möglich ist, müssen diese pflanzlichen Sekundärstoffe direkt aus den Pflanzen extrahiert werden. Die im Rahmen dieser Dissertationsarbeit neu entwickelten, modularen mikrofluidischen Bioreaktoren ermöglichen die technische Nachbildung von Pflanzengeweben, indem zwischen verschiedenen Zelltypen mit unterschiedlichen metabolischen Leistungen ein Fluss hergestellt wird. Das synthetisierte Produkt kann im Durchfluss aufgefangen und extrahiert werden. Durch den modularen Aufbau lassen sich flexible Kombinationen erzeugen. Überdies sind zwei Ansätze realisierbar: die Parallelisierung zum optimierten Vorscreening geeigneter Pflanzenzelltypen mit geringer Zellzahl in einem 100 µl-Bioreaktor und die Modularisierung zur fluidischen Koppelung ausgewählter Pflanzenzelltypen mit höherer Zellzahl in einem 800 µl-Bioreaktor. Zur Herstellung dieser mikrofluidischen Bioreaktoren aus biokompatiblen und transparenten Bauteilen erfolgte das Heißprägen aus Polycarbonat (PC) und Polyethylenterephthalat (PET). Das anschließende Ultraschallschweißen dieser Bauteile und die gleichzeitige Integration einer Membran sowie anwenderfreundlichen Schlauchanschlüssen stellt eine geeignete und für die Massenfertigung kompatible Fügetechnologie dar. Dazu wurde ein zweistufiger Ultraschallschweißprozess entwickelt, bei welchem im ersten Schritt eine PET [...]
doi:10.5445/ir/1000096929 fatcat:5ijdkclyeradxmizi2bpsfq664