Neue Polymere für die Analytik von morgen

Biotechnologie und Chemie im integrierten Prozess

Der zentrale Innovationsansatz des Projekts liegt in der Verknüpfung von mikrobieller Biotransformation und chemischer Weiterverarbeitung. Aromatische Ausgangsstoffe werden mithilfe ausgewählter Mikroorganismen in Cyclohexadienediol-Strukturen überführt, die anschließend zu Inositolen und deren Derivaten weiterentwickelt werden.
Diese polyhydroxylierten Molekülstrukturen zeichnen sich durch eine gezielt einstellbare Stereochemie sowie hohe Variabilität in der Funktionalisierung aus. Dadurch entsteht eine vielseitig modifizierbare Polymerbasis mit erhöhter thermischer und chemischer Stabilität.

Neue Materialien für anspruchsvolle analytische Anwendungen

Ein zentrales Anwendungsfeld der POLYOLS-Polymere liegt in der instrumentellen Analytik, insbesondere in der Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC). Dort könnten sie als stationäre Phasen in Trennsäulen eingesetzt werden, etwa zur Analyse von Naturstoffen, pharmazeutischen Wirkstoffen oder Umweltkontaminanten.
Im Vergleich zu etablierten Materialien wie Cellulose bieten die neuen Polymerstrukturen eine erweiterte strukturelle Variabilität und damit potenziell verbesserte Selektivität. Besonders im Bereich chiraler Trennungen sowie komplexer Mischungen biologisch aktiver Substanzen wird ein hohes Anwendungspotenzial gesehen.

Drei Arbeitspakete von der Mikroorganismen-Fermentation bis zur Anwendung

Das Projekt ist in drei eng verzahnte Arbeitspakete gegliedert:

• Fermentation aromatischer Ausgangsstoffe
  Im ersten Schritt werden aromatische Verbindungen durch Mikroorganismen in Cyclohexadienedioli umgewandelt. Neben etablierten Substraten wie Brombenzol werden auch aromatische Verbindungen mit funktionellen Seitenketten untersucht, um gezielt polymerisierbare Vorstufen zu erzeugen. Verschiedene Bakterienstämme, darunter etablierte Dihydroxygenase-Systeme, dienen zur Optimierung der Umsetzungen.
• Synthese und Polymerisation von Inositolen
  Aufbauend auf den fermentativ gewonnenen Zwischenprodukten erfolgt die stereoselektive Synthese von Inositolen sowie deren Weiterverarbeitung zu Polymeren. Durch gezielte Reaktionsführung und Schutzgruppenstrategien kann die Stereochemie kontrolliert eingestellt werden. Die Polymerisation erfolgt unter anderem über metathesebasierte Verfahren.
• Evaluierung in chromatographischen Systemen
  Die resultierenden Polymere werden in HPLC-Säulen eingesetzt und hinsichtlich ihrer Trenneigenschaften mit kommerziellen Standards verglichen. Ergänzend erfolgt eine Untersuchung der Wechselwirkungen mit Proteinen, um mögliche Anwendungen als selektive Sensormaterialien zu evaluieren.

Von der Grundlagenforschung zur anwendungsnahen Materialentwicklung

POLYOLS verfolgt einen integrierten Forschungsansatz, der biotechnologische und chemische Methoden systematisch verbindet. Im Fokus steht die Entwicklung funktionaler Materialien, die sowohl strukturell anpassbar als auch industriell relevant sind.
Die Ergebnisse könnten langfristig neue Impulse für die analytische Chemie, die pharmazeutische Qualitätskontrolle sowie die Umweltanalytik liefern – insbesondere dort, wo hohe Selektivität und Materialstabilität gefragt sind.