IMPACT – Integrierte mikrobielle Plattform für Analytik und Bioprozesstechnik
Die integrierte mikrobielle Plattform für Analytik und Bioprozesstechnik bietet Expertise und Infrastruktur in den Bereichen Kultivierung, Bioprozesstechnik und Analytik zur Untersuchung der mikrobiellen Leistungsfähigkeit in Reinkulturen, Co-Kulturen und komplexen Reaktormikrobiomen. Die Plattform ist in das Department Mikrobielle Biotechnologie (MIBITECH) eingebettet, dessen Schwerpunkt auf der Entwicklung nachhaltiger biotechnologischer Prozesse für eine biobasierte Kreislaufwirtschaft liegt.
Forschungsschwerpunkt
Unsere Plattform konzentriert sich auf die quantitative und qualitative Charakterisierung mikrobieller Prozesse. Dies umfasst:- Kultivierung und physiologische Charakterisierung heterotropher und autotropher Mikroorganismen
- Fermentations- und Biotransformationsprozesse, einschließlich Redoxreaktionen und orthologer Stoffwechselwege
- Analyse, Quantifizierung und Bilanzierung gasförmiger Verbindungen (wie N₂, O₂, H₂, Ethylen, Acetylen), einiger anorganischer Ionen sowie organischer Verbindungen in Lösung (wie Säuren, Alkohole, Zucker, Ketone, Aldehyde, Aminosäuren, Steroide und Fettsäuren), je nach Anwendung entweder als entsprechende Derivatisierungsprodukte oder in nativer Form
- Metabolomik und Fluxomik unter Verwendung von GC-MS und LC/IC-HRMS
Kollaboration und ServiceUnsere Plattform fördert aktiv interne und externe Kooperationen mit Partnern aus Wissenschaft und Industrie. Wir unterstützen insbesondere Forschungsprojekte in folgenden Bereichen:
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Bioreaktor-Ausstattung und -Kapazität
Übersicht über die Kultivierungsgeräte
| Gerät | Kurzbezeichnung | ungefähres Betriebsvolumen | Verwendung für | Anzahl Geräte |
|---|---|---|---|---|
| Dasgip bioreactors | Dasgips | 1.5 L | Photo-/Heterotrophe | 16 Geäßes |
| Labfors Flatpanel reactors | FP | 1.8 L | Phototrophe | 4 FP-Reaktoren |
| Labfors STR Lux | STR Lux | 2.0 L | Phototrophe | 2 Gefäße |
| Labfors STR | STR | 2.0 L | Heterotrophe | 2 Gefäße |
| Multifors 2 | MF2 | 1.0 L | Heterotrophe | 6 Gefäße |
| Multicultivators | MC | 80 ml | Phototrophe | 7 Ein-heiten mit je 8 Röhrchen |
| Biolector 2 | Biolector | 1.5 mL | Heterotrophe | 48 well plate |
| Kurzbez. | Kurzbeschreibung | Hersteller |
|---|---|---|
| Dasgips | Innenbeleuchtung durch LED-Leisten, 4 parallele STRs pro Einheit | Eppendorf |
| FP | Außenbeleuchtung durch LED-Panel, Einzelgeräte | Infors |
| STR Lux | OÜberkopf-Rührer mit Außenbeleuchtung durch LED-Gehäuse, Einzelgeräte | Infors |
| STR | Überkopf-Rührer, Einzelgeräte | Infors |
| MF2 | Von unten gesteuerter Magnetrührer, 6 parallele STRs | Infors |
| MC | Paralleles Röhrchenkultursystem, 8 Blasensäulen pro Einheit | PSI Photon Instruments |
| Biolector | Parallele Kultivierung in Deep-Well-Platten (OD-, pH- und DO-Sensoren in jedem Well) | Beckman Coulter (M2P) |
- 4 Flachplatten-Reaktoreinheiten
- phototrophe Kultivierungen mit einem Nettovolumen von bis zu 1,8 l
- batch, repeated batch, fed-batch, und kontinuierliche (chemostat) Kultivation
- Prozesssteuerung über Temperatur, pH, pO2, Mischbegasung sowie Zuluft- und Abgasanalyse
- externe Belichtung mit bis zu 3.000 µmol Photonen m-2 s-1
- 2 Rührkesselphotobioreaktoranlagen
- photo- und heterotrophe Kultivierungen mit einem Nettovolumen von bis zu 2,0 l
- batch, repeated batch, fed-batch, und kontinuierliche (chemostat) Kultivation
- Prozesssteuerung über Temperatur, pH, pO2, Mischbegasung sowie Zuluft- und Abgasanalyse
- externe Belichtung mit bis zu 1.500 µmol Photonen m-2 s-1
- 2 Rührkesselbioreaktoranlagen
- heterotrophe Kultivierungen mit einem Nettovolumen von bis zu 2,0 l
- batch, repeated batch, fed-batch, und kontinuierliche (chemostat) Kultivation
- Prozesssteuerung über Temperatur, pH, pO2, Mischbegasung sowie Zuluft- und Abgasanalyse
- 6 Rührkessel-
bioreaktor-
anlagen, Parallelbetrieb möglich - 3 x 2 Reaktoren, gesteuert in 3 Bioblöcken
- heterotrophe Kultivierungen bei einem Nettovolumen von bis zu 1,0 l
- batch, repeated batch, fed-batch, und kontinuierliche (chemostat) Kultivation
- Prozesssteuerung über Temperatur, pH, pO2 und Mischbegasung
- Abgasanalyse über Blue-Vary-Sensoren
- 16 Rührkesselbioreaktoranlagen, Parallelbetrieb möglich
- 4 x 4 Reaktoren, gesteuert in 4 Bioblöcken
- photo- und heterotrophe Kultivierungen bei einem Nettovolumen von bis zu 1,0 l
- batch, repeated batch, fed-batch und kontinuierliche (chemostat) Kultivation
- Prozesssteuerung über Temperatur, pH, pO2 und Mischbegasung
- Abgasanalyse via MS (verschiedene Analyten)
- interne Beleuchtung durch LED-Leisten
- An Dasgip-Bioreaktoren gekoppeltes Abgas-Massenspektrometer
- Ankopplung an alle oben beschriebenen Reaktoreinheiten über ein 40-Wege-Multiportventil unter Verwendung eines Quadrupol-Massenfilters möglich
- Gasanalyse mittels Faraday-Küvette oder eines empfindlicheren SEM-Detektors
- simple gas analysis applications for offgas-analytes of interest
- Einfache Gasanalyseanwendungen für relevante Abgasanalyten wie CO2, O2, N2, Luft, H2 usw.
- Restgasanalyse, z. B. hinsichtlich Isotopenpeaks
- Analyse komplexer Spezies unter Einbeziehung verschiedener Werkzeuge, von der NIST-Datenbank und Fragmentierungs-mustertabellen bis hin zu Spektralbibliotheken
- globale und individuelle Scan-Modulation
- 8 parallel betriebene Blasensäulen
- phototrophe Kultivierungen mit einem Nettovolumen von jeweils bis zu 70 ml
- Prozesssteuerung über Temperatur, Mischgaszufuhr und OD
- Zufütterungsoption (Turbidostat)
- Aufzeichnung von Prozessdaten
- Beleuchtungssteuerung
- verschiedene Lichtspektren und -intensitäten, darunter 5 Sätze warmweißes Licht, 1 Satz kaltweißes Licht und 1 Satz individuell angepasster Wellenlängen
- Parallelkultivierung in 48-Well-Platten (Flowerplate), geeignet für Screenings
- heterotrophe Kultivierungen mit einem Nettovolumen von jeweils bis zu 1,5 ml
- Temperaturregelung
- Messung von OD, pH und DO mittels Optoden
- pH Bereich: 5,5 – 8,5Nachweis von Substraten/Produkten mittels Fluoreszenz
Analytik-Ausstattung und -Kapazität
Unsere Plattform verfügt über insgesamt 16 Analysesysteme, die alle über eine zentrale Serverinfrastruktur für die Fernsteuerung und Datenauswertung miteinander verbunden sind.
- 4 GC-Systeme (Thermo Trace 1310-Serie)
- Ausgestattet mit Wärmeleitdetektoren (TCD) und Flammenionisationsdetektoren (FID) sowie TriPlus 500 Headspace- und TriPlus RSH-Autosamplern für Headspace- oder Flüssiginjektionen
- Anwendungen: Inertgase (N₂, O₂, H₂), leichte Kohlenwasserstoffe (Ethylen, Acetylen), flüchtige und halbflüchtige Verbindungen (Alkohole, organische Säuren, FFA)
- 5 HPLC-Systeme (Thermo UltiMate 3000 und Thermo Vanquish)
- Ausgestattet mit mehreren Detektoren: UV/DAD (Ultraviolett/Diodenarray-Detektoren), CAD (geladene Aerosol-Detektion), RID (Brechungsindex-Detektion) und FLD (Fluoreszenz-Detektion)
- Anwendungen: Zucker (z. B. Glukose, Fruktose, Saccharose), organische Säuren (z. B. TCA-Zwischenprodukte), Alkohole, Ketone, Aldehyde, Aminosäuren (einschließlich derivatisierter Verbindungen)
- ausgestattet mit einem Leitfähigkeitsdetektor
- Anwendungen: anorganische Kationen (z. B. Natrium, Kalium, Ammonium)
- Ausgestattet mit Leitfähigkeits- und elektrochemischen Detektoren
- Anwendungen: anorganische Anionen (z. B. Nitrat, Sulfat, Sulfid), organische Säuren (z. B. Acetat, Lactat) und Zucker
- Anionen-IC-HRMS-System (Thermo Dionex ICS-6000-System gekoppelt an Thermo Exploris 240 Orbitrap HRMS) unter Verwendung der Anionenaustauschtechnik
- Anwendungen: gezielte und ungezielte Metabolomik, organische Säuren, Zuckerphosphate, Coenzyme-A-Derivate (CoA), Nukleotid-Redox-Coenzyme
- UHPLC-HRMS-System (Thermo Vanquish UHPLC-System gekoppelt an eine Thermo Exploris 240 Orbitrap)
- Betrieb mit HILIC- oder reversed-phase-Trenntechniken
- Anwendungen: gezielte und nicht gezielte Metabolomik, Aminosäuren, Fettsäuren
- GC–MS-System (Thermo Trace und ISQ 7000)
- Headspace- und Derivatisierungsmöglichkeiten
- Anwendungen: Metabolomik, Fluxomik, Aminosäuren, Fettsäuremethylester (FAMEs), Identifizierung unbekannter Verbindungen (NIST-Bibliothek, SIM/Full-Scan)
- Echtzeitanalyse gelöster Gase (z. B. O₂, CO₂, H₂)