Omralinov, Daria (2024)
3D-Druck von stationären Phasen für die Anwendung in der Flüssigchromatographie.
Technische Universität Darmstadt
doi: 10.26083/tuprints-00027324
Dissertation, Erstveröffentlichung, Verlagsversion

Kurzbeschreibung (Abstract)

Die zunehmende Bedeutung von gentechnisch produzierten Medikamenten, sogenannten Pharmazeutika, im Kampf gegen bislang unheilbare Krankheiten, wie Krebs und Diabates, efordert neue Chromatographiematerialien und deren Herstellungsmethoden zur Reinigung der Arzneimittel. Der Stand der Technik in der Chromatographie sind sphärische Kugeln, die beispielsweise durch Emulsionspolymerisation hergestellt und als zufällig angeordnete chromatographische Betten verwendet werden. Diese sind jedoch nicht an die komplexen Strukturen der Biopharmazeutika angepasst, was in geringen Bindekapazitäten resultiert. Computersimulationen haben gezeigt, dass die Leistung chromatographischer Verfahren zur Auftrennung und Reinigung solcher Biomoleküle durch die Verwendung geordneter Strukturen verbessert werden kann. Der 3D-Druck von chromatographischen Materialien würde daher eine neue und vorteilhafte Möglichkeit zur Herstellung präzise geordneter und maßgeschneiderter chromatographischer stationärer Phasen bieten. Darüber hinaus ist es mit dem 3D-Druck möglich, eine komplette Chromatographiesäule als einteilige Einheit einschließlich Packung, internen Strömungsverteilern und externen Flüssigkeitsanschlüssen zu drucken und bei jedem Druck reproduzierbare Säulen herzustellen. Das Ziel dieser Arbeit ist es, die derzeitigen Einschränkungen der unzureichenden Druckauflösung sowie der geringen Auswahl an hochauflösenden Materialien im 3D-Druck durch Photopolymerisationsansätze zu überwinden und neuartige stationäre Phasen als Ionen-tauscher für die Bindung von Proteinen herzustellen. Mit einer Photoharzformulierung bestehend aus den Quervernetzern Pentaerythrittetraacrylat und Triethylenglykoldimethacrylat, dem Monomer zur Einbringung funktioneller, modifizierbarer Hydroxylgruppen Hydroxyethylmethacrylat, dem Initiator Diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphinoxid und dem Photoabsorber 2,5-Bis(5-tert-butyl-benzoxazol-2-yl)thiophen konnten offene 150 μm Gitter- sowie 180 μm Gyroidstrukturen mit dem DLP-3D-Drucker realisiert werden. An 100 mm langen Gittersäulen mit 200 μm Strukturen und einer Strukturporosität von 50% konnte eine erfolgreiche sowie reproduzierbare TEMPO-Oxidation der Hydroxylgruppen erfolgen. Die Chromatographiesäulen zeigten als Anionentauscher eine maximale Bindekapazität des Lysozyms von 5,42 mg g⁻¹ mit Wiederfindungsraten ~100%. Mit dem Porogen Polypropylenglykol 1200 wurden zusätzlich bis zu 500 nm große Poren in die Struktur eingeführt, wodurch die Bindekapazität auf 33,1 mg g⁻¹ bzw. 2,5 mg m⁻² erhöht wurde.

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