Hintergrund:

Bioseparationen, wie die Chromatographie, beruhen auf bioinstruktiven Adsorbentien, welche durch nanoskalige Materialstrukturen und maßgeschneiderte Oberflächenfunktionalisierungen hochspezifische Interaktionen mit Zielmolekülen ermöglichen. Hierbei beeinflussen die 3DInteraktionen der in den Poren des Adsorbens verteilten aktiven Zentren die Affinität und Selektivität zu spezifischen Zielmolekülen. Oftmals sind jedoch Informationen über die detaillierte 3D-Struktur von kommerziell erhältlichen Adsorbentien nicht bekannt. Deshalb wurde mithilfe von MolekulardynamikSimulationen ein Modell eines digitalen Zwillinges eines kommerziellen Chromatographieharzes entwickelt. Dieses Resin besitzt ein Polymer-Backbone und hat sowohl elektrostatische, wie auch hydrophobe Wechselwirkungen.

Aufgabenstellung:

Ziel der Arbeit ist die Validierung des bereits entwickelten Modells eines digitalen Zwillings für ein polymerbasiertes Mixed-Mode Resin. Die Arbeit ist in einem experimentellen und simulativen Part aufgeteilt. Im experimentellen Teil soll die Adsorption von zunächst kleinen Molekülen an das Resin unter verschiedenen Bindebedingungen bestimmt werden. Um einen möglichst breiten Parameterraum abzudecken sollen Hochdurchsatzchromatographie-Experimente durchgeführt werden. Hierbei sollen vollautomatisierte, flussbasierte Systeme mit ebenfalls vollautomatisierten, chargenweisen Inkubationssystemen verglichen werden. Im simulativen Teil der Arbeit sollen die durchgeführten Experimente mittels Molekulardynamik Simulationen nachgestellt werden. Durch verschiedene Workflows soll hierbei die Bindeenergie der Zielmoleküle an den Adsorber bei den untersuchten Bedingungen berechnet werden. In einem abschließenden Schritt sollen zur Validierung des Modells die experimentellen und simulierten Ergebnisse korreliert werden.