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Membrane-based direct pH parametric pumping for protein concentration = Membran-basiertes direktes pH parametrisches Pumpen für Protein Aufreinigung und -konzentrierung
2020 & 2021
Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2020
Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2021
Genehmigende Fakultät
Fak04
Hauptberichter/Gutachter
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Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2020-10-21
Online
DOI: 10.18154/RWTH-2021-01042
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/811228/files/811228.pdf
Einrichtungen
Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Flüssiggaskontakter (frei) ; Membran (frei) ; Proteinkonzentrierung (frei) ; gas-liquid contactor (frei) ; membrane (frei) ; parametric pumping (frei) ; parametrische Pumpen (frei) ; protein concentration (frei)
Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620
Kurzfassung
Die Aufreinigung und -konzentrierung von Proteinen aus Lösungen wird für industrielle Anwendungen von immer größerer Bedeutung. Klassicherweise werden diese mittels Festbettchromatographie durchgeführt. Membranprozesse, wie Membranchromatographie und Membranadsorber, haben für diese Anwendung in den letzten Jahren an Bedeutung gewonnen und in Spezialanwendungen ihre Wirksamkeit gezeigt. Vorteile von Membranprozessen liegen in kürzeren Diffusionswegen, schnelleren Bindungskinetiken, sowie einem geringeren Druckverlust. Membranprozesse sind hier jedoch meist auf Flachmembrananwendungen limitiert. Jedes dieser Verfahren erfordert eine aufwendige Vorfiltration der Lösung. Parametrische Pumpen-Prozesse mit einer Hohlfasermembran als stationärer Phase, anstelle von Festbetten, bieten die Möglichkeit die Vorfiltration zu verringern. Eingebettete Ionenaustauschpartikel in der Membranstruktur dienen als Ad- und Desorptionsfläche für das Protein, das seine Ladung dem pH-Wert der Lösung anpasst, sobald diese um den isoelektrischen Punkt des Proteins variert. Eine dichte Schicht auf der Außenseite der Membran verhindert den Durchbruch der Lösung und erlaubt ein blasenfreies zur pH-Kontrolle während des Prozesses. Experimentell wird die Kombination von parametrischem Pumpen und Membranprozessen gezeigt. Eine Prozesssimulation wird genutzt, um optimale Prozessbedingungen und -limitationen aufzuzeigen.Purification and concentration of proteins from solutions gains ever more importance for industry. Typically, liquid packed chromatography is used in such processes. In recent years, membrane processes, such as membrane chromatography and membrane adsorbers, have challenged the state of the art processes. Membrane processes offer shorter diffusional pathways for the adsorption, faster binding kinetics and overall lower pressure drops, but are limited to a flat membrane geometry. Yet, any of these processes, to date, require extensive pre-filtration. Purification of an unfiltered protein broth is not feasible due to blocking or fouling of the internal membrane structure. Parametric pumping processes us- ing a hollow fiber membrane instead of a packed bed offer a potential pathway to overcome the need for an extensive prefiltration. Mixing ground ion exchange resins into the polymer solution prior to the phase inversion process enables the membrane to ad- and desorb proteins if the pH of the solution is alternated around the isoelectric point of the protein. A dense layer around the outside of the membrane prevents a liquid breakthrough and is used to control the pH by permeating pH shiftable gases. A experimental study is performed for the process and a process model is implemented to investigate further process conditions and to show the process limitation.
OpenAccess: 
PDF
(additional files)
Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis/Book
Format
online
Sprache
English
Externe Identnummern
HBZ: HT020873219
Interne Identnummern
RWTH-2021-01042
Datensatz-ID: 811228
Beteiligte Länder
Germany
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