Hintergrund: Bei der Tandemkatalyse wird die chemische H₂O₂-Direktsynthese (z. B. über Pd-Katalysatoren) direkt mit einer enzymatischen Oxidation gekoppelt. So steht Wasserstoffperoxid in situ in niedrigen, kontrollierten Konzentrationen zur Verfügung—ideal für unspezifische Peroxygenasen (UPOs), die unter milden Bedingungen selektive Oxyfunktionalisierungen durchführen. Als kostengünstige Alternative zur klassischen Enzymimmobilisierung bietet Yeast Surface Display die Möglichkeit, UPOs auf der Hefeoberfläche zu präsentieren. Das spart aufwendige Aufreinigungsschritte und erzeugt sofort ein handhabbares „Whole-Cell“-Biokatalysatorsystem.
Die daraus entstehende Schlüsselproblematik im kontinuierlichen Reaktor: Zellrückhalt. Unter Durchfluss droht Auswaschen; zugleich müssen Aktivität, Viabilität und die Kompatibilität mit H₂O₂ (µM–mM-Bereich) erhalten bleiben. Daher sind robuste Rückhaltstrategien (z. B. Alginat-Einkapselung oder kovalente Anbindung an silanisierte Mikrokanaloberflächen mittels glutaraldehydvermittelter Kopplung) essenziell, um einen stabilen Koppelbetrieb zu erreichen.

Ziel der Arbeit: Ziel ist die Entwicklung, Bewertung und Auswahl einer robusten Zellrückhalt-Strategie für Hefezellen im kontinuierlich durchströmten Reaktor, um diese verlässlich mit der H₂O₂-Direktsynthese zu einer chemisch-biochemischen Tandemkatalyse zu koppeln.

Aufgaben:

1. Kurz-Literaturrecherche & Auswahl
Einfache Rückhalt-Methoden für enzyme-displaying Hefe: Alginat-Beads (Entrapment toter Zellen), APTES/Glutaraldehyd-Anbindung auf 3D-gedrucktem Polystyrol

2. Alginat-Beads (Entrapment)
Bead-Herstellung (Alginat-%, Vernetzer, Perlengröße), Massentransport prüfen. Aktivität pro Volumen und Leaching (Protein im Effluent; BCA/Bradford) bestimmen.

3. APTES/GA-Wandimmobilisierung
Oberfläche aktivieren → APTES → glutaraldehydvermittelte Kopplung der (toten) Hefe mit präsentierter UPO.

4. Lichtmikroskopie (vor/nach Versuch)

5. Durchfluss-Einzelstufenversuche:
Zell-/Partikelrückhalt (Abstrom-Partikel/OD), Enzym-Leaching (Protein), Aktivität über Zeit, Druckverlust; Langzeitlauf (≥72 h).

6. Tandemtest mit bestehender H₂O₂-Direktsynthese
Gekoppelte Fahrweise mit geregelter H₂O₂-Zudosierung (µM].

Die Bachelor- oder Masterarbeit bietet die Möglichkeit, in einem interdisziplinären Forschungsumfeld zu arbeiten und einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung nachhaltiger Katalyseprozesse zu leisten. Sie wird am Campus Nord (IMVT) stattfinden.

Bewerbung: Interessierte Studierende werden gebeten sich an Till Peters zu wenden.