Laserstrahllöten als effizientes und qualitätssicheres Fügeverfahren für die Fertigung mikrooptischer Systeme

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Die Effizienz biokatalytischer Reaktionen ist oft limitiert durch toxischer Reaktanden, Produkte sowie kurzen Reaktionszeiten, bedingt durch die Instabilität der Biokatalysatoren. Mikrobielle Biofilme weisen eine bemerkenswerte Resistenz gegenüber Biozide auf und bilden widerstandsfähige Gemeinschaften. Diese Robustheit wurde ausgenutzt beim Design eines Bioprozesskonzepts basierend auf katalytischen Biofilmen zur kontinuierlichen Synthese von Feinchemikalien. Pseudomonas sp. Stamm VLB120?C wurde als Modellorganismus ausgewählt wegen seiner ausgeprägten Eignung zur Biofilmbildung und seiner gut untersuchten Fähigkeit asymetrische Epoxidierungsreaktionen auszuführen. Für die Biotransformation von Styrol zu (S)-Styroloxid als Modellreaktion wurde ein schlauchförmiger Biofilmmembranreaktor entwickelt. Durch eine in situ Produktextraktion konnte eine Produktinhibition des Biokatalysators verhindert werden. Sauerstoff konnte als der hauptsächliche Parameter identifiziert werden, der die Biotransformation limitierte. Die volumetrische Produktivität war deshalb abhängig von der spezifischen Membranfläche und der Membranwanddicke. Der Prozess war stabil über mindestens 55 Tage mit einer durchschnittlichen volumetrischen Produktivität von 24 g Laq -1 Tag -1 wobei Maximalproduktivitäten von bis zu 70 g Laq -1 Tag -1 mit Biomassenkonzentrationen von bis zu 50 gBDW Laq -1 erreicht wurden. Biofilm-spezifische Kolonie-Morphologietypen, die sich stark im Phänotyp unterschieden, wurden aus dem Effluent isoliert. Diese schienen die Biotransfromationsaktivität von Pseudomonas sp. Stamm VLB120?C nicht zu beeinflussen und sind wahrscheinlich für die Strukturbildung von reifen Biofilmen notwendig. Darüberhinaus konnte mit der Einbringung des heterologen Genclusters alkBGT von P. putida Gpo1 in das Biofilmsystems das katalytische Spektrum um selektive Hydroxylierungen von linearen und zyklischen Alkanen erweitert werden mit einer maximalen volumetrischen Produktivität von 1.3 g Laq -1 Tag -1 über 30 Tage. Abschliessend wurde die Machbarkeit eines Biofilm-Grossprozesses basierend auf 1000 Tonnen pro Jahr in Hohlfaser-Membranmodulen evaluiert. Es konnte gezeigt werden, dass mit der maximalen Produktivität, die in den Biofilmexperimenten erreicht wurde, für die Synthese von (S)-Styroloxid 59 Membranmodule nötig sind. Somit kann, basierend auf diesen Berechnungen, angenommen werden, dass dieser Biofilmprozess eine wertvolleAlternative zur kontinuierlichen Grossproduktion von Feinchemikalien darstellt.