Wissenschaftler der Johannes Gutenberg-Universität Mainz haben eine neue Methode zur Polymertrennung entwickelt. Das weltweit zum Patent angemeldete Verfahren ermöglicht die Entfernung von störenden niedermolekularen oder hochmolekularen Bestandteilen im technischen Maßstab. Diese Innovation verspricht wesentliche Fortschritte auf medizinisch/pharmazeutischem Gebiet und bei den Hochleistungspolymeren.
Polymere sind aus dem heutigen Leben nicht mehr wegzudenken. Sie finden sich nicht nur in Massenprodukten (Verpackungsmaterial, Kleidung etc.), sondern erfüllen zunehmend auch in der Medizin und im technischen Bereich anspruchsvolle Aufgaben. Dabei stört häufig die Tatsache, dass Polymere auch bei gleicher chemischer Zusammensetzung Moleküle sehr unterschiedlicher Größe enthalten. Im Falle von medizinisch interessanten Polymeren kann es unter anderem dadurch zu Entzündungen kommen. Schuld sind oft die kurz- bzw. die langkettigen Anteile. Analoge Einschränkungen hinsichtlich geeigneter Proben gelten auch für technisch wichtige Hochleistungspolymere. Für besondere Ansprüche ist daher eine Entfernung der störenden Bestandteile notwendig.
Da Polymere nicht verdampfen und in der Regel auch nicht ausreichend kristallisieren, kann man die erwünschte Abtrennung, die sogenannte Fraktionierung, nur über den flüssigen Zustand erreichen. Sie lässt sich dadurch realisieren, dass man zwei nur beschränkt mischbare Flüssigkeiten (ähnlich wie Öl und Wasser) erzeugt. Unter geeigneten Bedingungen sammeln sich dann die erwünschten Komponenten in der einen Flüssigkeit (die guten ins Töpfchen) und die störenden Komponenten in der anderen (die schlechten ins Kröpfchen). Obwohl diese Möglichkeit schon lange bekannt ist, konnte sie bisher wegen des langsamen Stoffaustausches zwischen diesen Lösungen nur im Gramm-Maßstab und bei hoher Verdünnung genutzt werden.
Technische Verbesserung
Mit Hilfe eines im letzen Jahr von B.A. Wolf und seinen Mitarbeitern weltweit zum Patent angemeldeten Prozess lassen sich nunmehr praktisch alle löslichen Polymeren in technisch interessanten Mengen fraktionieren. Dreh- und Angelpunkt dieser als CSF (Continuous Spin Fractionation) bezeichneten Methode ist die Verwendung von Spinndüsen. Diese besitzen typischer Weise je etwa 1000 Löcher vom Durchmesser eines Haares und führen durch die feine Zerteilung der beiden Flüssigkeiten zur drastischen Erhöhung des Stoffaustauschs. Auf diese Weise lassen sich bereits mit einer einzigen Düse im Labor pro Stunde 60 Gramm Polymeres fraktionieren. Verwendet man, wie zum Beispiel bei der industriellen Erzeugung von Textilfasern, viele Spinndüsen gleichzeitig, so kann man die Mengen beliebig steigern.
Der praktische Einsatz der neuen Methode und die mit ihrer Hilfe erreichbaren Verbesserungen werden derzeit für verschiedene Problemstellungen und Polymertypen studiert. Hyaluronsäure, ein aus
Hahnenkämmen gewonnenes Produkt, das für Operationen am Auge verwendet wird, ist ein Beispiel.
Im Rahmen eines von der Innovationsstiftung des Landes Rheinland-Pfalz geförderten Projekts und in Kooperation mit Burkhard Dick und Norbert Pfeiffer von der Augenklinik der Universität wird untersucht, welche Verbesserungen durch Fraktionierung für den medizinischen Einsatz erreicht werden können. Inzwischen hat das neue Verfahren auch internationales Interesse gefunden. Zur Zeit untersucht Rei Sugaya, eine japanische Gastwissenschafterin, während eines von der Max-Planck-Gesellschaft unterstützten Aufenthalts an der Universität Mainz die Anwendung der CSF auf wasserlösliche Biopolymere.
(idw – Pressemitteilung Johannes Gutenberg-Universität Mainz, 08.03.2004 – AHE)
