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Als referierende Gäste in der Session „Separationstechnik“ durften wir die jungen ForscherInnen Juliane Diehm, Sefkan Kendir und Laura Kuger (alle vom Institut für Funktionelle Grenzflächen am KIT Campus Nord) sowie Nils Hillebrandt vom Institut für Bio- und Lebensmitteltechnik (BLT-MAB) begrüßen. Alle vier forschen an neuartigen Separationstechnologien und -prozessen, um die Wertschöpfungskette bei der Herstellung biotechnologischer Produkte zu optimieren. Juliane Diehm entwickelt in ihrem Projekt mit Hilfe von additiven Fertigungstechniken ein Mikro-SMB (Simulated Moving Bed)-Chromatographiesystem zu entwickeln, welches durch sein kompaktes Design und geringes Totvolumen (wenige µL) sogar für analytische Zwecke einsetzbar ist. Bei der Aufreinigung von VLPs (virus-like particles) sind oft zahlreiche aufwendige Schritte notwendig. Nils Hillebrandt präsentierte ein System, welches Filtration, Präzipitation/Re-Dissolving und einen fakultativen multimodalen SEC-Schritt in einer einzigen single unit operation integriert und so hohe Ausbeuten bei gleichzeitig hohen Reinheiten erzielen kann.

Mit der Separation von technisch und branchenübergreifend interessanten Mikroalgen beschäftigt sich Sefkan Kendir, der uns einen neuartigen Prozess zur integrierten Separation, Entwässerung und den Aufschluss vorstellte. Dabei kommen magnetische Mikropartikel zum Einsatz, die effektiv an die Mikroalgen binden und die Separation und Entwässerung unter Einfluss eines Magnetfeldes erleichtern. Der anschließende Zellaufschluss findet anschließend direkt im Dekanter statt, der mit 3D-Druck-Techniken angefertigt wird. Laura Kuger beschäftigt sich ebenfalls mit magnetfeldgesteuerter Separation: sie entwickelt eine neuartige Fraktionierungstechnik für Nanopartikel, die auf den unterschiedlichen magnetischen Wechselwirkungen zwischen einer magnetisierbaren Chromatographiematrix und den zu trennenden Komponenten in einem Partikelkollektiv beruht. Sogar mehrdimensionale Trennungen (z.B. nach Partikelgröße und -material) sind hierbei möglich. Schwerpunkte der Podiumsdiskussion waren insbesondere Herausforderungen und Chancen, die mit kontinuierlichen Prozessen zur Bioproduktaufarbeitung einhergehen. Außerdem konnten alle ReferentInnen ihre bisherigen Erfahrungen als DoktorandIn teilen und uns zahlreiche hilfreiche Tipps bei der Entscheidungsfindung (Promotion: ja oder nein?) mit auf den Weg geben.

Innerhalb der Session „Drucktechnologien“ wurde die große Diversität dieses spannenden Feldes betont: ForscherInnen von fünf unterschiedlichen Instituten demonstrierten die große Anwendungsbreite ihrer Methoden in der Biotechnologie und Verfahrenstechnik. Svenja Strauß, Doktorandin am BLT-MAB, gab einen Einblick in die Analytik 3D-gedruckter Biostrukturen. Dabei gewinnt der Einsatz von 3D-Sensoren und Image Processing bei der Bewertung der Qualität gedruckter Strukturen zunehmend an Bedeutung. Anschließend informierte Bruna Regina Maciel, Promovierende am MVM-AME, die ZuhörerInnen darüber, wie das Fließverhalten hydrogelbasierter Biotinten die Qualität gedruckter Körper beeinflusst. Außerdem konnte sie anschaulich erklären, wie die rheologischen Eigenschaften der fluiden Tinten die Viabilität von Zellen während eines Druckprozesses beeinträchtigen.

Dr. Carmen Martínez Domínguez befasst sich als wissenschaftliche Mitarbeiterin des IBG-1 ebenfalls mit lebenden Zellen innerhalb gedruckter Strukturen – sie beschrieb die Anwendung DNA-basierter und maßgeschneiderter 3D-Biomaterialien. Etliche interessante Anwendungsbereiche gedruckter Biostrukturen präsentierte Patrizia Gartner vom Institut für Produktionstechnik (wbk). So forscht sie an der Idee, enzymbasierte und fluoreszierende Biomaterialien in medizinische Produkte zu integrieren, um deren Echtheit zu maskieren und Fälschungssicherheit zu garantieren. Marvin Klaiber vom IFG zeigte beeindruckende Strukturen, die mit Hilfe des neuartigen elektrohydrodynamischen Jettings gefertigt wurden und diverse Anwendungsbereiche adressieren. Beispielsweise können durch entsprechende Modifikationen Struktur- oder Formänderungen alleine durch die Änderung des physikalischen Milieus (z.B. Temperatur) induziert werden. In der folgenden Diskussion wurden außerdem wichtige ethische Aspekte thematisiert, die zwangsläufig aufkeimen, je realistischer der Einsatz gedruckter Objekte im medizinischen Umfeld rückt. Die ReferentInnen berichteten zudem über ihre Erfahrungen in der Forschung, insbesondere darüber, was es bedeutet, innerhalb eines so jungen Forschungsgebiets zu arbeiten.

Hochaktuelle Forschungsthemen und Trends rund um die computerbasierte Modellierung von Prozessen und Anlagen wurde innerhalb des Themenbereichs „Digitalisierung“ erörtert. Tim Ballweg vom IFG berichtete über seine Forschung an Digital Twins, Dr. Kersten Rabe (IBG-1) präsentierte seine Forschung an neuronalen Netzen als hilfreiches Werkzeug für vielfältige Einsatzgebiete und Dr. Tobias Hahn von der GoSilico GmbH thematisierte regulatorische und weitere Herausforderungen beim industriellen Einsatz von Software zur Modellierung chromatographischer Prozesse. Die Einsatzgebiete und Vorteile algorithmischer sowie mechanistischer Ansätze wurden im Anschluss rege diskutiert. Abgerundet wurde der Themenblock durch einen Beitrag von Dr. Jens Rudat über das brandaktuelle und nicht nur pandemiebedingte Thema „Digitalisierung der universitären Lehre“.
Wir danken allen ReferentInnen für die spannenden Einblicke in ihre packenden Forschungsprojekte und die interessanten Diskussionen. Danke auch an alle ZuhörerInnen für die aktive Teilnahme. Nach diesem Erfolg steht fest, dass das erste Symposium nicht das letzte seiner Art gewesen sein wird – stay tuned!