Prozessanalysetechnik in chemischen und biotechnologischen Prozessen: Biomimetischer Prozesssensor

Ein vielseitig einsetzbares Sensorsystem für Fermentationsprozesse wie z. B. Ligninaufschluss oder fermentative Antibiotikaherstellung, das eine Konzentrationsbestimmung einer Zielsubstanz direkt ohne Probenahme, markierungsfrei und zeitaufgelöst ermöglichen würde, wäre von großem wirtschaftlichem Interesse. Wir entwickeln einen Inline-Prozesssensor, in dem sensitive Schichten auf der Basis molekular geprägter Nanopartikel (nanoMIPs) [1] kovalent auf Glassubstraten immobilisiert sind. Die Wechselwirkung zwischen den Zielsubstanzen und der sensitiven Schicht wird hierbei mittels 1-k-reflectometric interference sensing (1-k-RIfS) von außerhalb des Fermenters berührungsfrei ausgelesen [2]. Die Vorteile dieser Sensorkonstruktion sind hohe Robustheit, große spezifische Oberfläche der Nanopartikel und Signalentstehung durch Differenzbildung mit einer NIP-Oberfläche (nicht geprägte Partikel). Geprägtes sowie ungeprägtes Polymer (NIP) unterscheiden sich nicht in der chemischen Zusammensetzung, sondern nur in der 3D-Anordnung der funktionellen Gruppen. Die Immobilisierung entsprechend funktionalisierter Partikel wurde reproduzierbar mittels Click-Reaktionen (Thiol-En, Huisgen) erreicht (siehe REM und AFM-Aufnahmen in der Abb.).