Um pharmakologisch relevante Proteine zu produzieren, werden Mikroorganismen wie z. B. Hefen, Pilze und Bakterien oder tierische Zelllinien verwendet. Die Kultivierung dieser Mikroorganismen und Zelllinien erfolgt in industriellen Bioreaktoren. Bei dieser Kultivierung wird eine komplexe Mischung aus Mikroorganismen, Wasser, Nährstoffen, den gewünschten biotechnologischen Produkten, aber auch vielen unerwünschten Nebenprodukten als Verunreinigungen erzeugt. Zur Isolierung des gewünschten biotechnologischen Produktes sind somit mehrere Reinigungsschritte notwendig. Die Kosten der Aufarbeitung des Produktes können dabei bis zu 95 % der Gesamtkosten des Prozesses ausmachen. Der bisherige Reinigungsprozess sieht mindestens drei Schritte vor. Die Abtrennung der Mikroorganismen vom biologischen Produkt (Fest-Flüssig-Trennung), die Abtrennung vom Lösungsmittel Wasser (Aufkonzentrierung) und Abtrennung der unerwünschten Nebenprodukte (Verunreinigung).

Die Verwendung von mikro- und nanoskaligen Magnetpartikeln zur Kombination mehrerer Abtrennungsoperationen zu einem einzelnen Prozess kann die Produktionskosten verringern. Für den Bereich der medizinischen Diagnostik wurden bereits Verfahren zum Nachweis von Proteinen entwickelt. Allerdings spielt in diesem Bereich nur die Spezifität, nicht aber die Produktausbeute die entscheidende Rolle. Die existierenden Laborverfahren zur Abtrennung von Magnetpartikeln bzw. der daran gebundenen Proteine können daher nicht ohne die Lösung weiterer wissenschaftlicher und technischer Herausforderungen auf den Produktionsmaßstab übertragen werden. Zudem können mikro- und nanoskalige Magnetpartikel bei diesen Laborverfahren zurzeit nicht rezykliert werden und erhöhen somit die Produktionskosten.

Ziel des Projektes ist es, ein industrielles Recyclingverfahren für nano- oder mikroskalige Magnetpartikel zu entwickeln, so dass diese Magnetpartikelindustriell anwendbar sind. Mit Hilfe von recyclebaren, beschichteten und funktionalisierten Magnetpartikeln soll ein Modellprotein von Verunreinigungen separiert werden. Hierbei soll die Bindung des Proteins über ein hochspezifisches Erkennungsmolekül erfolgen. Die Abtrennung der Magnetpartikel erfolgt in einem Rotor-Stator-Magnetseparator. Die Magnetpartikel werden nach der Separation wieder in den Trennprozess zurückgeführt. Der Schwerpunkt der am Lehrgebiet für Bioverfahrenstechnik durchgeführten Arbeiten liegt dabei auf der Bindung von hochspezifischen Erkennungsmolekülen auf der Partikeloberfläche der recyclebaren Magnetpartikel. Hierbei soll eine chemisch und biologisch stabile Ankopplung der Erkennungsstrukturen mit hoher Dichte und funktioneller Anordnung auf recyclebaren Magnetpartikeln realisiert werden. Eine weitere Zielsetzung ist, die Stabilität der Magnetpartikeldispersionen durch die Funktionalisierung nicht negativ zu beeinflussen. Um dies zu erreichen, müssen die zu entwickelnden Magnetpartikel auf die komplexen Fermentations- und Reinigungsmedien angepasst werden.