MIPHO-Multispektraler Bioreaktor für phototrophe Organismen

Phototrophe Mikroorgansimen zeichnen sich im Vergleich zu konventionellen Nutzpflanzen durch ihre hohen Wachstumsraten bzw. Photosyntheseeffizienz und die hohe flächenbezogene Produktivität aus. Neben der Möglichkeit Kohlenstoffdioxid in Algenbiomasse zu binden, ergeben sich viele weitere Möglichkeiten der Wertschöpfungskette. Es können eine große Anzahl an interessanten Metaboliten, u.a. Wertstoffe und Biopolymere für die chemische Industrie bzw. Futter- und Lebensmittelindustrie (Polysaccharide, Öle, Proteine, Aminosäuren) aber auch Wirkstoffe für pharmazeutische und kosmetische Anwendung (Farbstoffe, Vitamine), beinhalten.

Zur Anzucht von Algen und anderen phototrophen Mikroorgansimen werden in der Regel so genannte Photobioreaktoren genutzt. Bei diesen im Laborbereich geschlossenen Kultivierungssystemen ist der Eintrag von Licht zur Versorgung der Organismen notwendig und wird unterschiedlich realisiert. Grundlegend unterscheiden sich die Photobioreaktortypen erheblich im Material, ihrer Konstruktion und der verfügbaren online-Sensorik.

Der OLED-Bioreaktor, der während der ersten SMWK-Förderperiode im Bereich „Biotechnologie und Lebenswissenschaften“ unter Verwendung innovativer Fertigungs- (3D-Druck) und Lichttechnologien (OLED-Beleuchtung) entwickelt wurde, ermöglicht die Kultivierung phototropher Organismen im Milliliter-Maßstab (Abbildung 1). Trotz des geringen Arbeitsvolumens können mittels optischer Messtechnik wichtige Prozessparameter in Echtzeit aus dem Bioprozess gewonnen werden und ermöglichen damit eine effiziente und parallelisierbare Bioprozessentwicklung.

Aufbauend auf den Projektergebnissen von OLEmibi wird der multispektrale OLED-Bioreaktor im Projekt MIPHO weiterentwickelt. Dies umfasst sowohl den Übergang zu einer kontinuierlichen Prozessführung, die Entwicklung spektral optimierter organischer Licht emittierender Dioden (OLEDs) und die Entwicklung eines zentralen Steuermoduls.