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Dokumentenidentifikation DE102004055547B4 13.12.2007
Titel Verfahren zur Herstellung biologisch aktiven Materials und Verwendung
Anmelder EMW Filtertechnik GmbH, 65582 Diez, DE
Erfinder Bucher, Heinz, 65582 Diez, DE
Vertreter Blumbach Zinngrebe, 65187 Wiesbaden
DE-Anmeldedatum 17.11.2004
DE-Aktenzeichen 102004055547
Offenlegungstag 24.05.2006
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 13.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.12.2007
IPC-Hauptklasse C12N 11/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse C12S 5/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   C02F 3/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   C12M 1/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   A61L 27/54(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zur Herstellung biologisch aktiven Materials sowie die Verwendung und betrifft im Besonderen ein Verfahren zur dauerhaften Festlegung von Mikroorganismen, insbesondere von katalytisch aktiven Mikroorganismen, an Trägermaterialien.

Der Einsatz von Mikroorganismen hat in den vergangenen Jahren große Bedeutung erlangt. So werden heutzutage Mikroorganismen wie Bakterien, Hefen, Pilze und/oder Algen in einer Vielzahl technischer Verfahren verwendet. Beispiele hierfür sind Einsatzbereiche in der Lebensmittelindustrie, wo diese bei der Herstellung von Bieren eingesetzt werden, in der Arzneimittelindustrie, in welcher diese bei der Herstellung von Hormonen und Antibiotika Verwendung finden, und in der Chemischen Industrie für die Herstellung von organischen Säuren und Alkoholen.

Darüber hinaus werden die vorstehend genannten Mikroorganismen derzeit in den unterschiedlichsten biotechnologischen Verfahren verwendet. Hierzu zählen die Abwasserreinigung, Bodensanierung und die Anwendung von Mikroorganismen in der Abluftreinigung mit Hilfe von Biofiltern und Biowäschern.

Ein bedeutender Vorteil bei der Verwendung von Mikroorganismen im Vergleich zur Verwendung von Enzymen oder Enzympräparaten ist es, dass hierdurch vermeidbar ist, aus den Zellen die Enzyme zu extrahieren, die Zellsubstanz abzutrennen und die Enzyme zu reinigen. Zudem sind Mikroorganismen besser in der Lage Folgereaktionen zu katalysieren und in situ die erforderlichen Cofaktoren zu regenerieren. Zudem stellen sie den Enzymen eine optimale Mikroumgebung zur Verfügung. Aus diesem Grund hat es in den vergangenen Jahren nicht an Versuchen gefehlt, Mikroorganismen zu stabilisieren bzw. immobilisieren um diese ohne nennenswerte Inaktivierung mit geringen Kosten zurück zu gewinnen und damit eine umfangreiche Verwendung in der Industrie zu ermöglichen.

Immobilisierte Mikroorganismen werden heutzutage als heterogene Katalysatoren verwendet und können nach Beendigung der Reaktion leicht aus dem Reaktionsgemisch entnommen werden. Dadurch können sie als Biokatalysatoren in Reaktoren mehrfach wiederverwendet werden.

Typische Beispiele für die genannten Verfahren sind in Acta. Chem. Scand., Bd 20, Seiten 2807-2810 (1966), Enzyme Microbial Tech, Band 1 Seite 95 (1979) beschrieben. Diese immobilisierten Mikroorganismen neigen jedoch beim Packen in einem Reaktor zur Deformation und bewirken einen hohen Druckverlust, was stark verringerte Fließgeschwindigkeiten und hohe Energieaufwendungen zur Folge hat.

Eine Stabilisierung der Gelmatrices in welche die Mikroorganismen eingebettet sind, wurde durch das Einbringen einer weiteren Komponente erreicht. Bei dieser handelt es sich beispielsweise um Silicate und Sand, wie in Biotechnol. Bioeng. Band 26, Seite 217-224 (1984) beschrieben wird. Zusätzliche Stabilisierung wird durch eine Quervernetzung der Matrix durch Reagenzien wie Glutaraldehyd erreicht.

Neben den Verfahren des Standes der Technik, wie vorher erwähnt, können Mikroorganismen ebenfalls in einer Gelmatrix aus sulfatiertem Polysaccharid (Carrageenan) eingeschlossen werden (Mikroeinkapselung), indem man eine wäßrige Mischung des Carrageenens und des Mikroorganismus abkühlt. Jedoch ist auch hier die erhaltene Gelmatrix zu weich und instabil, um bei Reaktionen mit wäßrigen Substraten verwendet werden zu können. So lockert diese in wäßrigem Millieu auf und ermöglicht den eingeschlossenen Mikroorganismen ein Heraussickern aus der Matrix. Eine Verwendung der vorstehend genannten fixierten Mikroorganismen in Anwendungsbereichen mit hohen Scherkräften ist daher nur schlecht möglich bzw. anwendungsabhängig teilweise sogar ausgeschlossen.

Weitere schwerwiegende Nachteile bei der Verwendung von immobilisierten Mikroorganismen sind die hohen Kosten für die Einbettungsmasse und der Verlust an katalytischer Aktivität und/oder die Schwierigkeit, die Mikroorganismen während des Immobilisierens nicht zu beschädigen. Ein Großteil der Mikroorganismen ist so instabil, daß diese beim Immobilisieren durch Umweltfaktoren, beispielsweise durch Temperatur, pH-Wert, Ionenstärke, Prozessdruck und dergleichen in deren enzymatischer Wirkung häufig sehr stark beeinträchtigt werden.

Es hat sich bisher als äußerst schwierig erwiesen, ein Verfahren zum Festlegen von Mikroorganismen an Trägermaterialien unter Vermeidung der vorstehend genannten Nachteile anzugeben oder zu verwirklichen.

Der Erfindung liegt insbesondere auch die Aufgabe zugrunde, die Verfügbarkeit von Mikroorganismen auf einem Substrat zu verbessern.

Die Aufgabe der Erfindung wird auf höchst überraschende weise bereits durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Festlegen des Mikroorganismus an einem Substrat, einem Träger oder einer Trägereinrichtung durch Aufbringen eines zumindest ein Polyacrylat enthaltenden Binde-, Klebe- oder Haltemittels erfolgt und/oder dass das Festlegen des Mikroorganismus unter Verwendung eines zumindest den Mikroorganismus nicht vollständig umschließenden Binde-, Klebe- oder Haltemittels erfolgt.

Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines biologisch aktiven Materials, welches das dauerhafte Festlegen mindestens eines Mikroorganismus mit einem mindestens ein Polyacrylat enthaltenden Bindemittel an einem bereitgestellten Substrat umfaßt. In vorteilhafter Weise wird mit diesem Verfahren ein biologisch aktives Material hergestellt, in dem die Mikroorganismen dauerhaft an dem bereitgestellten Substrat gebunden oder an diesem befestigt sind und auch durch das Auftreten hoher Scherkräfte die unter dem Einfluß strömender Flüssigkeiten auf die Mikroorganismen einwirken, nicht von ihrem Träger gelöst werden.

Darüber hinaus stellt die Erfindung ein Verfahren bereit, mir dem es erstmals möglich ist, verschiedenartigste Substrate mit aktiven Mikroorganismen zu beschichten.

Die dauerhafte Festlegung des Mikroorganismus an der vielfältig gearteten Substratoberfläche wird durch Ionische Wechselwirkung, van der Waals-Wechselwirkung, physikalische Adsorption, kovalentes Quervernetzen, Einschluß in einem Polymer oder durch Mikroeinkapselung ermöglicht.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des biologisch aktiven Materials ist vielfältig. So ist das Zustandekommen einer dauerhaften Festlegung zwischen Mikroorganismen und einer Substratoberfläche durch das Auftragen einer Mikroorganismen und zumindest ein Polyacrylat enthaltenden Bindemittelsuspension auf diese Oberfläche möglich.

Ebenfalls läßt sich auf ein bereitgestelltes Substrat eine Mikroorganismen enthaltende Suspension aufbringen und diese in einem darauffolgenden Arbeitsschritt mit Hilfe eines zumindest ein Polyacrylat enthaltenden Bindemittels dauerhaft auf dem bereitgestellten Substrat fixieren.

Ferner umfaßt die Erfindung die dauerhafte Festlegung von Mikroorganismen mit einem Substrat durch Aufbringen einer Mikroorganismen enthaltenden Suspension auf ein mit einem zumindest ein Polyacrylat enthaltenden Bindemittel überzogenem Substrat.

Das Aufbringen der Mikroorganismen und des Bindemittels kann unter Rücksichtnahme auf die Empfindlichkeit der verwendeten Mikroorganismen auf unterschiedliche Art und Weise geschehen. So kommt bei empfindlichen Mikroorganismen ein Aufbringen durch Tränken beziehungsweise Schlicker Suspension in Frage wohingegen robustere Species auf das entsprechende Substrat durch Besprühen aufgebracht werden können. Bei dem dauerhaften Festlegen von Mikroorganismen auf großporigen Substraten wie Beispielsweise Silikaten beziehungsweise Zeolithen kommt auch ein Füllen von Poren in Frage um einen vollständigen, stabilen Überzug der Substratoberfläche mit fixierten Mikroorganismen zu gewährleisten.

In Hinblick auf die Stabilität und Erhaltung der enzymatischen Aktivität der zu verbindenden Mikroorganismen sind möglichst milde Prozessparameter von größter Bedeutung um mögliche Denaturierungen der biologische wirksamen Enzyme zu verhindern. So hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, die Temperatur während des Herstellungsprozesses zwischen etwa 10 bis etwa 100 °C, bevorzugt zwischen etwa 30 bis etwa 70 °C, besonders bevorzugt bei etwa 40 °C zu halten.

Bezüglich des pH-Wertes während der Herstellung sollten Vorkehrungen getroffen werden, daß pH-Werte von etwa 4,8 nicht unterschritten und pH-Werte von etwa 7 nicht überschritten werden.

In Hinblick auf die Herstellung des biologisch aktiven Materials hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Mikroorganismen mit einem Anteil an Bindemittel von 10 bis 90%, bevorzugt von 20 bis 60 %, besonders bevorzugt von 30 % vorzuvermischen.

Bei der Vorvermischung der Mikroorganismen mit dem Bindemittel haben sich in Vorversuchen Mischungszeiten von 1 h bis 24 h, bevorzugt von 8 h bis 20 h, besonders bevorzugt von 12 h herausgestellt.

Hinsichtlich der Belegungsdichte des mit Mikroorganismen zu Verbindenden Materials ermöglicht die Erfindung deren Variation abhängig von dem gewählten Einsatz des biologisch aktiven Materials. So haben sich in Vorversuchen Belegungsdichten zwischen etwa 1 und etwa 5·106 Mikroorganismen/cm2, bevorzugt zwischen etwa 1·105 und etwa 1·106 Mikroorganismen/cm2, besonders bevorzugt zwischen etwa 5·105 und etwa 1·106 Mikroorganismen/cm2 als praktikabel erwiesen.

Ein weiterer entscheidender Vorteil des Verfahrens zur Herstellung des ein Trägermaterial, zumindest einen Mikroorganismus und zumindest ein Polyacrylat enthaltenden biologisch aktiven Materials liegt in der Variabilität des einsetzbaren Substratmaterials.

So ermöglicht das vorstehend beschriebene Verfahren die Verwendung einer Vielzahl völlig unterschiedlich gearteter Trägermaterialien beziehungsweise unterschiedlich beschaffener Oberflächen. Das Spektrum der einsetzbaren Substrate ist sehr weit gefächert. So kommen bei Anwendungen, welche nach einer große Substratoberfläche verlangen Substrate mit poröser Oberfläche in Frage, in Anwendungen bei welchen Bekleidungsstücke mit dem biologisch aktiven Material verbunden werden, finden bevorzugt faserartige und/oder gewobene Substrate und/oder Vliese Verwendung. Für Anwendungen in welchen poröse Oberflächen aufgrund ihrer Verschmutzungsanfälligkeit und/oder aufgrund ihrer schlechten Strömungseigenschaften ungeeignet sind, ist es möglich Substrate mit porenfreier, glatter Oberfläche zu verwenden. Im Anwendungsbereich der Filtration beziehungsweise Reinigung von Flüssigkeiten sind ebenfalls aus Kunststoffschäumen und Geweben aufgebaute Substrate verwendbar.

Beispiele für die vorstehend aufgeführten Materialien sind Polyurethanschäume beziehungsweise Kunststoffschäume mit großer Oberfläche; Silicate bzw. Zeolithe, die sich durch besonders große Poren und eine große innere Oberfläche auszeichnen, was sie für die Verwendung in Katalysatorpackungen interessant macht; Beton, Fleece und gewobene Substrate wie beispielsweise Vliese und Textilien. Bei der Verwendung der vorstehend aufgeführten Substrate kann das Substrat gestanzt und/oder gefräst und/oder gewoben und/oder gepreßt sein, um eine gewünschte Form anzunehmen.

In vorteilhafter Weise schafft das erfindungsgemäße Verfahren auch die Möglichkeit, Füllkörper für Katalysatorpackungen wie beispielsweise Raschigringe, Spiralfüllkörper, zylindrische Füllkörper, gitterartige Füllkörper, Ringfüllkörper, kugelförmige Füllkörper mit einem biologisch aktiven Mikroorganismus zu verbinden. Hierdurch sind stabile und dauerhafte Katalysatorpackungen mit einer definierten Mikroorganismenbeaufschlagung herstellbar, welche je nach Ausführungsform rasch austauschbar sind und zudem geringere Druckverluste ermöglichen als bisher verwendete mit Mikroorganismen versehene Katalysatorpackungen.

Das dauerhafte Verbinden von Mikroorganismen mit Substraten unterschiedlichster Oberflächenbeschaffenheit, Struktur und darüber hinaus unterschiedlichster Stabilität stellt einen entscheidenden Vorteil gegenüber dem bisherigen Stand der Technik dar. Daher ermöglicht die vorliegende Erfindung ein für eine Anwendung spezifisches biologisch aktives Material in gewünschter Form, Porosität, Geometrie, Fläche, Größe und Stabilität herzustellen.

Als ein besonders bevorzugtes Bindemittel eignet sich beispielsweise eine 60%ige wässrige Polymer-Dispersion mindestens eines Copolymers der Familie der Polyacrylate. Ebenso vielfältig wie die vorgehend aufgezählten Substrate ist das Spektrum der erfindungsgemäß verwendbaren Mikroorganismen zur Herstellung des biologisch aktiven Materials. So kann der Mikroorganismus eine Alge und/oder ein Bakterium und/oder eine Hefe und/oder ein Pilz und/oder eine Mischung aus diesen vorgenannten Spezies umfassen. Ebenfalls ist die Verwendung der vorstehend aufgeführten Mikroorganismen in gentechnisch veränderter Form möglich.

Die erfindungsgemäß hergestellten biologisch aktiven Materialien sind aufgrund ihrer Beständigkeit und unterschiedlichen Ausführungsformen für eine Vielzahl technischer Anwendungen geeignet. So eignen sich diese aufgrund ihrer dauerhaften Stabilität und zweckmässigen Ausführungsformen beispielsweise als Teil einer Vorrichtung zur Reinigung von Flüssigkeiten, insbesondere zur Wasseraufbereitung bzw. Wasserklärung in Aquarien und Kläranlagen. Hierbei sind Ausführungsformen besonders geeignet, bei denen die Mikroorganismen beispielsweise auf einem Substrat aus Polyurethan festgelegt sind und welche aufgrund der Ausführungsform einen möglichst geringen Strömungswiderstand bewirken.

Darüber hinaus ist die Verwendung des vorstehend beschriebenen biologischen Materials in dem Mauerwerk von Klärbecken und in der Auskleidung von Teilen der Kanalisation zum Zwecke der Abwasseraufbereitung bzw. -Klärung zum Zwecke der Vorklärung von Abwässern bestens geeignet. Mit Mikroorganismen festgelegte Bestandteile des Mauerwerks können in dieser Ausführungsform bereits in dem Kanalsystem eine Vorklärung des Abwassers beziehungsweise in Drainagen von Mülldeponien eine Entgiftung der Deponieabwässer ohne zusätzliche Einbauten oder Vorrichtungen bewirken.

Weiterhin stellen der Einsatz des biologisch aktiven Materials in Biofiltern, Biowäschern oder ähnlichen Vorrichtungen zur Zu- bzw. Abluftreinigung, beispielsweise als Bauteil einer Klimaanlage, weitere Anwendungsgebiete dar. Entscheidende Vorteile der Erfindung liegen darin, dass die dauerhaft mit dem Substrat verbundenen Mikroorganismen sich während des Reinigungsprozesses nicht von ihrem Träger ablösen und dauerhaft einheitliche Reinigungsleistungen aufweisen. Es werden biologisch aktive Materialien zur Verfügung gestellt, welche in den vorstehend genannten Anlagen einheitliche und reproduzierbare Startbedingungen beispielsweise nach einem Filterwechsel oder bei Inbetriebnahme einer Anlage ermöglichen.

Darüber hinaus ist der Einbau der vorstehend beschriebenen Materialien in Vorrichtungen zur Dekontamination verschmutzter Flüssigkeiten von Interesse. Hier ist beispielsweise der Einsatz in einer Vorrichtung zur Beseitigung von Ölteppichen mit Hilfe von Mikroorganismen äußerst vorteilhaft. In besonderer Ausführungsform wäre in diesem Fall die Festlegung von ölabbauenden Mikroorganismen an Schwimmkörpern, welche zur Eindämmung von Ölteppichen verwendet werden, von Interesse. Dies ermöglicht eine Dekontamination bereits während der Eindämmung der kontaminierten Flüssigkeiten.

Zusätzlich ist die Verwendung der biologisch aktiven Materialien auf maritimen Off-shore Öldekontaminationseinheiten wie auf Dekontaminationsschiffen oder Ölförder- und/oder verarbeitungsstätten denkbar.

Bedingt durch seine Beständigkeit eignet sich das biologisch aktive Material ebenfalls zum Einsatz in der Reaktortechnik. So ist einerseits sein Einsatz als Bestandteil eines Bioreaktors in der Lebensmittelindustrie und andererseits eine Verwendung bei prozeßtechnischen Fermentationsverfahren in der Biotechnologie, Pharmazie und Chemie vorteilhaft möglich. Die dauerhafte Festlegung der Mikroorganismen an dem Substrat bietet bei diesen Anwendungen ein breites Spektrum an Vorteilen. So können einerseits durch das Herstellen großer Katalysatorchargen einheitliche Prozeßbedingungen, welche bei der Verwendung biologischen Materials nur schwer möglich sind, geschaffen werden. Weiterhin ermöglicht die Erfindung die Herstellung von Katalysatoren, welche in höchstem Maße beständig sind und auch unter dem Einfluß hoher Scherraten beziehungsweise Strömungsgeschwindigkeiten eingesetzt werden können. Das dauerhafte Festlegen der Mikroorganismen an einem beinahe beliebig gearteten Substrat ermöglicht zusätzlich, dass nach Prozessende das biologisch aktive Material dem Fermenter beziehungsweise Bioreaktor entnommen werden kann und dessen Verwendung in einem nächsten Prozess ohne aufwendige Regenerierung und/oder Reinigung. Dass diese Vorteile aufgrund geringerer Wartungs- und Standzeiten zu deutlichen Kosteneinsparungen beitragen, liegt auf der Hand.

Besonders bevorzugt ist die Verwendung des biologisch aktiven Materials im Bereich der Medizin beziehungsweise Medizintechnkik.

So bietet die Erfindung die Möglichkeit der Herstellung von Hormonen und/oder Proteinen und/oder Pharmazeutika, insbesondere auch im Organismus von Säugetieren, oder auch in Form einer Wundauflage zur spezifischen Generierung von Wachstumsfaktoren und/oder antibiotisch wirksamen Substanzen und/oder Cytostatika. Hierdurch erschließt sich ein völlig neuartiges Feld in der Anwendung des biologisch aktiven Materials. Beispielsweise ermöglicht die Erfindung den Einsatz mit rekombinanten Mikroorrganismen versehener Implantate, welche im Organismus von Säugetieren gezielt Hormone herstellen und freisetzen. Diese Anwendung wäre unter anderem im Hinblick auf Hormonbehandlungen während der Wechseljahre, bei Schilddrüsenfehlfunktionen, bei Diabetes, zur Schwangerschaftsverhütung und Kompensation von Stoffwechselerkrankungen äußerst sinnvoll.

Weiterhin ist die Herstellung von Wundauflagen zur Versorgung von an der Wundheilung beteiligten Zellen und Gewebe mit Wachstumsfaktoren eine weitere Anwendung der Erfindung. So sind Wundauflagen, welche einerseits das Wachstum der an der Wundheilung beteiligten Zellen fördern, deren Apoptose verhindern und zusätzlich das Absterben unerwünschter in der Wunde befindlicher Mikroorganismen durch die Freisetzung von Antiobiotika bewirken, herstellbar.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

1: eine schematische Darstellung eines mit einem Substrat verbundenen Mikroorganismus,

2: eine schematische Darstellung eines mit Mikroorganismen verbundenen Hohlzylinders, welcher sich als Bestandteil einer Katalysatorschüttung eignet,

3: eine schematische Darstellung eines Fermenters bzw. Rührkesselreaktors 20, in dessen Rührwerk 21, das biologisch aktive Material integriert ist,

4: eine schematische Darstellung eines porösen Substrats 22, welches mit Mikroorganismen verbunden ist.

Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen

Bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen sollen die Bezeichnungen Festlegen, Festlegung beziehungsweise Immobilisierung oder Verbinden von Mikroorganismen, bezeichnen daß mechanische, chemische oder andere Einflüsse auf einen Mikroorganismus so ausgeübt werden, daß dieser an einem Träger dauerhaft verweilt, beziehungsweise an diesen quasi angeheftet ist.

Im Hinblick auf die Herstellung des biologischen Materials mit den genannten immobilisierten Mikrorganismen können unterschiedliche Verfahren Verwendung finden einschließlich a) kovalentes Binden des Mikroorganismus an wasserunlösliche Träger; b) ionisches Binden des Mikroorganismus an einen wasserunlöslichen Träger; c) physikalische Adsorption des Mikroorganismus an einen Träger; d) kovalentes Quervernetzen des Mikroorganismus durch bi- oder multifunktionelle Mittel; e) Einschluß des Mikroorganismus innerhalb eines Gelgerüsts eines Polymers; und f) Mikroeinkapselung des Mikroorganismus durch semipermeable Polymermembranen.

Beispiele

1 zeigt eine schematische Darstellung eines mit einem Substrat verbundenen Mikroorganismus.

Zu sehen ist ein Substrat 1, auf welchem ein Mikroorganismus 2 mit Hilfe eines Bindemittels 3 fixiert ist.

Wie anhand der Abbildung ersichtlich, ist der Mikroorganismus durch ein Netzwerk aus Bindemittel mit der Substratoberfläche dauerhaft verbunden. Die Versorgung der Mikroorganismen ist, bedingt durch die netzartige Struktur des Bindemittels, optimal gewährleistet.

2 zeigt eine schematische Darstellung eines mit Mikroorganismen verbundenen Hohlzylinders, welcher sich als Bestandteil einer Katalysatorschüttung eignet. Zu sehen ist ein hohlzylinderförmiges Substrat 1, welches dauerhaft mit Mikroorganismen 2 verbunden ist.

3 zeigt eine schematische Darstellung eines Fermenters bzw. Rührkesselreaktors 20, in dessen Rührwerk 21, das biologisch aktive Material integriert ist. Ein besonderer Vorteil dieser Ausführung liegt sowohl in der dauerhaften Festlegung des biologisch aktiven Materials am Rührwerk als auch darin, daß die biologisch aktive Substanz nach Beendigung der Reaktion dem Kessel problemlos entnommen und in einem weiteren Verfahren ohne aufwendige Reinigungsschritte wiederverwendet werden kann. Dies spart zum Einen Kosten und verkürzt Standzeiten, zum Andern werden einheitliche Reaktionsbedingungen ermöglicht.

4 zeigt eine schematische Darstellung eines porösen Substrats 22, welches mit Mikroorganismen verbunden ist. Dieses poröse Substrat eignet sich besonders zur Verwendung in biologischen Filtersystemen zur Klärung und Reinigung von Flüssigkeiten.

In 4 ist das Substrat in einer besonders bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Anhand dieser Figur ist zu erkennen, daß das Substrat aus mehreren Schichten mit unterschiedlichem Vernetzungsgrad besteht. Besonders sinnvoll ist es bei dieser Verwendung die ersten Schichten zur mechanischen Vorreinigung der zu klärenden Flüssigkeit zu verwenden und die in der Abbildung unterste Schicht mit dem höchsten Vernetzungsgrad mit biologisch aktivem Material zu versehen. Bei der Verwendung solcher Filterkörper beispielsweise in Aquarienfiltern steht sofort nach dem Einbau des Filters eine optimale biologische Mikroumgebung zur Verfügung. Eine Anlaufphase bis zum Bewuchs des Filters mit Mikroorganismen, wie sie bei handelsüblichen Filtersystemen notwendig ist, entfällt.


Anspruch[de]
Verfahren zur Herstellung eines biologisch aktiven Materials, umfassend

– Bereitstellen eines Substrats

– Festlegen mindestens eines Mikroorganismus an dem Substrat

dadurch gekennzeichnet,

dass das Festlegen des Mikroorganismus durch Aufbringen eines zumindest ein Polyacrylat enthaltenden Binde-, Klebe- oder Haltemittels erfolgt und/oder

dass das Festlegen des Mikroorganismus unter Verwendung eines zumindest den Mikroorganismus nicht vollständig umschließenden Binde-, Klebe- oder Haltemittels erfolgt.
Verfahren zur Herstellung eines biologisch aktiven Materials nach Anspruch 1, bei welchem die Festlegung des Mikroorganismus an dem bereitgestellten Substrat mit Hilfe eines Bindemittels durch Ionische Wechselwirkung und/oder van der Waals-Wechselwirkung und/oder physikalische Adsorption und/oder kovalentes Quervernetzen und/oder Einschluß in einem Polymer und/oder durch Mikroeinkapselung zustande kommt. Verfahren zur Herstellung eines biologisch aktiven Materials nach Anspruch 1 oder 2 umfassend

– Bereitstellen eines Substrats

– Aufbringen einer Mikroorganismen enthaltenden Suspension auf das Substrat.

– Verbinden des Mikroorganismus mit Hilfe des zumindest ein Polyacrylat enthaltenden Bindemittels.
Verfahren zur Herstellung eines biologisch aktiven Materials nach Anspruch 1 oder 2 umfassend

– Bereitstellung eines Substrats

– Aufbringen des zumindest ein Polyacrylat enthaltenden Bindemittels auf die Substratoberfläche

– Aufbringen und Verbinden einer Mikroorganismen enthaltenden Suspension.
Verfahren zur Herstellung eines biologisch aktiven Materials nach Anspruch 1 oder 2 umfassend

– Bereitstellung eines Substrats

– Aufbringen einer Mikroorganismen und zumindest ein Polyacrylat enthaltenden Bindemittelsuspension auf das Substrat.
Verfahren zur Herstellung eines biologisch aktiven Materials nach einem der Ansprüche von 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel und/oder der Mikroorganismus durch Sprühen auf den Träger aufgebracht wird. Verfahren zur Herstellung eines biologisch aktiven Materials nach einem der Ansprüche von 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel und/oder der Mikroorganismus durch Tränken auf den Träger aufgebracht wird. Verfahren zur Herstellung eines biologisch aktiven Materials nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel und/oder der Mikroorganismus durch Schlickersuspension auf den Träger aufgebracht wird. Verfahren zur Herstellung eines biologisch aktiven Materials nach einem der Ansprüche von 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel durch Füllen von Poren auf den Träger aufgebracht wird. Verfahren zur Herstellung eines biologisch aktiven Materials nach einem der Ansprüche von 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren bei einem pH Wert von etwa 4,8 bis etwa 7 durchgeführt wird. Verfahren zur Herstellung eines biologisch aktiven Materials nach einem der Ansprüche von 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Mikroorganismen mit einem Anteil an Bindemittel von 10 bis 90%, bevorzugt von 20 bis 60%, besonders bevorzugt von 30% vermischt werden. Verfahren zur Herstellung eines biologisch aktiven Materials nach einem der Ansprüche von 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Mikroorganismen mit dem Bindemittel 1 h bis 24 h, bevorzugt von 8 h bis 20 h, besonders bevorzugt von 12 h vermischt werden. Verfahren zur Herstellung eines biologisch aktiven Materials nach einem der Ansprüche von 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der Mikroorganismen bei einer Temperatur von etwa 10 bis etwa 100 °C, bevorzugt bei 30 bis 70 °C, besonders bevorzugt bei 40 °C durchgeführt wird. Verfahren zur Herstellung eines biologisch aktiven Materials nach einem der Ansprüche von 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Belegungsdichte einen Wert von etwa 1 bis 5·106 Mikroorganismen/cm2, bevorzugt 100.000 bis 1·106 Mikroorganismen/cm2, besonders bevorzugt 500.000 bis 1·106 Mikroorganismen/cm2 aufweist. Verfahren zur Herstellung eines biologisch aktiven Materials nach einem der Ansprüche von 1 bis 14, bei welchem als Substrat ein Trägermaterial, das eine poröse Oberfläche oder eine faserartige Oberfläche umfasst, bereitgestellt wird. Verfahren zur Herstellung eines biologisch aktiven Materials nach einem der Ansprüche von 1 bis 14, bei welchem als Substrat ein Trägermaterial, das eine Keramik umfasst, bereitgestellt wird. Verfahren zur Herstellung eines biologisch aktiven Materials nach einem der Ansprüche von 1 bis 14, bei welchem als Substrat ein Trägermaterial, das einen Zeolithen umfasst, bereitgestellt wird. Verfahren zur Herstellung eines biologisch aktiven Materials nach einem der Ansprüche von 1 bis 14, bei welchem als Substrat ein Trägermaterial, das Beton umfasst, bereitgestellt wird. Verfahren zur Herstellung eines biologisch aktivens Materials nach einem der Ansprüche von 1 bis 14, bei welchem als Substrat ein Trägermaterial, das ein Vlies umfasst, bereitgestellt wird. Verfahren zur Herstellung eines biologisch aktiven Materials nach einem der Ansprüche von 1 bis 14, bei welchem als Substrat ein Trägermaterial, das ein Fleece umfasst, bereitgestellt wird. Verfahren zur Herstellung eines biologisch aktiven Materials, nach einem der Ansprüche von 1 bis 14, bei welchem als Substrat ein Trägermaterial, das eine Textilie umfasst, bereitgestellt wird. Verfahren zur Herstellung eines biologisch aktiven Materials nach einem der Ansprüche von 1 bis 14, bei welchem als Substrat ein Trägermaterial, das einen Schaumstoff umfasst, bereitgestellt wird. Verfahren zur Herstellung eines biologisch aktiven Materials nach einem der Ansprüche von 1 bis 14, bei welchem als Substrat ein Trägermaterial, das Beton und einen Faserwerkstoff umfasst, bereitgestellt wird. Verfahren zur Herstellung eines biologisch aktiven Materials nach einem der Ansprüche von 1 bis 14, bei welchem der Mikroorganismus, der eine Alge und/oder ein Bakterium und/oder eine Hefe und/oder einen Pilz und/oder eine Mischung aus diesen vorgenannten Spezies umfasst, festgelegt wird. Verfahren zur Herstellung eines biologisch aktiven Materials nach einem der Ansprüche von 1 bis 14, bei welchem der Mikroorganismus, der gentechnisch verändert ist, festgelegt wird. Verfahren zur Herstellung eines biologisch aktiven Materials nach einem der Ansprüche von 1 bis 14, bei welchem als Substrat ein Trägermaterial, das gestanzt, gefräst, gewoben und/oder gepresst ist, bereitgestellt wird. Verfahren zur Herstellung eines biologisch aktiven Materials nach einem der Ansprüche von 1 bis 14, bei welchem als Substrat ein Trägermaterial, das ein Raschigring, Pallring, Spiralfüllkörper, zylindrischer Füllkörper, gitterartiger Füllkörper, Ringfüllkörper, eine Kugel oder ein Füllkörper für eine Katalysatorpackung ist, bereitgestellt wird. Verwendung eines biologisch aktiven Materials, hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche von 1 bis 14, umfassend ein Trägermaterial, zumindest einen Mikroorganismus und zumindest ein Polyacrylat enthaltendes Bindemittel,

– als Teil einer Vorrichtung zur Reinigung von Flüssigkeiten,

– als Bestandteil der Ausmauerung von Klärbecken, Kanälen und/oder Schwimmbädern,

– als Teil von Gasreinigungsvorrichtungen zur Zu- bzw. Abluftreinigung in Biofiltern und/oder Biowäschern,

– als Teil einer Klimaanlage,

– als Teil einer Vorrichtung zur Dekontaminierung verschmutzter Flüssigkeiten,

– als Teil eines Bioreaktors in der Lebensmittelindustrie,

– als Teil eines Katalysators in prozeßtechnischen Fermentationsverfahren in der Biotechnologie und/oder der Chemie,

– als Teil eines Katalysators in rekombinanten Herstellungsverfahren biotechnologisch produzierter Pharmazeutika,

– als Teil einer implantierbaren Ausführung zur Herstellung von Hormonen und/oder Proteinen und/oder Pharmazeutika im Organismus von Säugetieren oder

– als Teil einer Wundauflage zur spezifischen Generierung von Wachstumsfaktoren und/oder antibiotisch wirksamen Substanzen und/oder Cytostatika.






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