Entwicklung eines innovativen OLED-basierten Screeningsys­tems für phototrophe Mikroorgansimen (OLEmibi)

Mikroalgen sind photosynthetisch aktive Organismen, welche eine Vielzahl interessanter Fähigkeiten aufweisen. Zum Aufbau von Biomasse nutzen sie neben Spuren anderer Nährstoffe Kohlenstoffdioxid, Wasser Nahrungs- und Licht als Energiequelle.
Trotz der vielseitigen Potentiale ist die Algenforschung noch in einem sehr frühen Entwicklungsstadium. Laut Positionspapier der DECHEMA Fachgruppe „Algenbiotechnologie“ besteht unter anderem in den Bereichen Stammhaltung, molekularbiologische Techniken, physiologische Charakterisierung und Etablierung geeigneter Kultivierungskonzepte erheblicher Forschungsbedarf. Vor allem für das Screening phototropher Organsimen im kleinen, parallelisierten Labormaßstab (Scale-down) und das prozessbegleitende Monitoring gibt es keine kommerzielle Lösung.
Organische Leuchtdioden (OLEDs) sind zweidimensionale Lichtquellen (Abb. 1), die sich im Gegensatz zu punktförmigen lichtemittierenden Dioden (LEDs) durch eine Flächenbeleuchtung auszeichnen. Diese Eigenschaft stellt eine ideale Voraussetzung für die Bereitstellung des Substrates Licht in Photobioreaktoren dar. Die Emissionswellenlängen und Effizienz der OLEDs können durch die Verwendung unterschiedlichen Emittermolekülen an die Anforderungen des biologischen Systems angepasst werden. Weiterhin erlaubt die Technologie der Fraunhofer Einrichtung für Organik, Materialien und Elektronische Bauelemente (COMEDD) die Anpassung und Integration der OLEDs auf eine Vielzahl von Substraten (z.B. Glas, Silizium, Metall, Folie). Eine nahezu freie Wahl der Form und Struktur der Leuchtfläche, sowie die stufenlose Leuchtdichteregulierung über den gesamten Helligkeitsbereich stellen zwei Kernaspekte für neue Anwendungsfelder in der Photobiotechnologie dar.

Ziel des gemeinsamen Forschungsvorhabens ist die Auslegung eines miniaturisier-ten und parallelisierten Flat Panel Airlift (FPA) Reaktor Systems, in welchem die Anwendung der OLED Technologie zur Kultivierung von Mikroalgen (Chlamydomonas reinhardtii SAB 11-32b) demonstriert werden kann. Die wissenschaftlichen Zielstellungen umfassen dabei sowohl die Auslegung des FPA Reaktors als auch der Aufbau der Versuchsanlage mit integrierter Optosensorik (pH, O2-Gehalt, Viabilität, Zelldichte, Produktbildung).
Dieses Projekt ermöglicht die Entwicklung einer vollkommen neuen Kultvierungs-plattform für phototrophe Organismen. Die OLED Technologie ist in der Lage in der Zukunft eine zentrale Rolle in der Photobiotechnologie zu spielen, da sich neue Designmöglichkeiten für Photobioreaktoren ergeben.

Projektfinanzierung:

Sächsisches Staatsministerium für Wissenschaft und Kunst ​

​

Projektleiter:

Prof. Dr. rer. nat. habil. Thomas Bley

Projektmitarbeiter:

Professur für Bioverfahrenstechnik:

Felix Krujatz, MSc.
Tel.: +49 351 463 32727
felix.krujatz(at)tu-dresden.de

Fraunhofer COMEDD:

Matthias Jahnel, MSc.
Tel.: +49 351 8823 206
matthias.jahnel(at)comedd.fraunhofer.de

Kooperationspartner:

Fraunhofer Einrichtung für Organik, Materialien und Elektronische Bauelemente COMEDD

Pressestimmen und Multimedia:

• 06.01.2014: Electrooptics issue 239: Organic light for organic production 
• 19.12.2013: YouTube: OLED let algae grow! 
• 25.11.2013: pt-Magazin: Algenpower – CO2 zu Protein 
• 29.10.2013: Pressemitteilung des Fraunhofer COMEDD OLED lassen Algen wachsen 

Projektlaufzeit:

01.05.2013 - 31.12.2014

Kontakt:

Krujatz, Weber, Bley