Prozesstechnik und reaktionskinetische Analysen in einem mehrphasigen Mikrobioreaktorsystem

Mikrobioreaktoren stellen vielversprechende Werkzeuge für das Screening, die Entwicklung und das Scale-up von Kultivierungs- und biokatalytischen Prozessen dar, indem sie kostengünstige, flexible und informationsreiche Analysen unter gut kontrollierbaren Umgebungsbedingungen bieten. Eine erhöhte Rückvermischung und aktive Sauerstoffversorgung kann im Mikromaßstab durch das Konzept eines mehrphasigen Mikrobioreaktorsystems erzielt werden, welches in der vorliegenden Arbeit vorgestellt und verfahrenstechnisch charakterisiert wird. Die Anwendbarkeit des Mikrosystems für aerobe, submerse Prozesse wird durch die batch- und kontinuierliche Kultivierung des Modellorganismus Saccharomyces cerevisiae validiert. Anhand der experimentell bestimmten, stationären Daten für die Biomasse-, Glucose- und Ethanolkonzentration werden kinetische Parameter ermittelt, die eine Modellierung der ablaufenden, reaktionskinetischen Prozesse und damit den Vergleich zum Labormaßstab erlauben. Zusätzlich werden optische, bienzymatische Mikrosensorsysteme für die on-chip-Analyse von Glucose und Ethanol vorgestellt, die zusammen mit dem mehrphasigen Mikrobioreaktorsystem die Grundlage für die zukünftige Entwicklung eines vollständigen und parallelisierbaren Lab-on-a-chip-Systems bilden.