Neue proteinbasierte biosorptive Materialien zur (Rück-)gewinnung von Metallen

Viele Mikroorganismen haben spezielle Oberflächenstrukturen entwickelt, die eine hohe Affinität zu Metallen besitzen. Diese Strukturen können zur Entwicklung von Filtermaterialien genutzt werden, um Metalle aus stark verdünnten wässerigen Lösungen zu binden und zurückzugewinnen.
Derartige biosorptive Materialien gewinnen zunehmend an Bedeutung für industrielle Anwendungen. Vorteile sind die nahezu vollständige Entfernung der Metalle, die geringen Kosten und die häufig gute Verfügbarkeit, ihre Regenerationsfähigkeit sowie die Möglichkeit der Gewinnung abgetrennter Metalle [1-3]. Ihre Leistungsfähigkeit ist vergleichbar mit der von Ionenaustauscher¬materialien, und sie liefern häufig bessere Ergebnisse als Aktivkohle oder natürliche Zeolithmaterialien [3]. Die Anwendung der Biomaterialien in Säulen erfordert meist ihre Immobilisierung auf geeigneten Trägermaterialien. Herausforderungen bei der Herstellung derartiger Biokompositen sind eine hohe Materialstabilität bei gleichzeitigem Erhalt der Funktion.
In unserer Gruppe werden Hüllproteine (S-Layer) von Bakterien zur Entwicklung von derartigen Materialien verwendet. Diese Proteine bilden auf den Zelloberflächen und nach ihrer Isolation auf Trägermaterialien durch Selbstorganisation zweidimensionale Gitterstrukturen aus. Sie eignen sich zur Beschichtung von unterschiedlichsten Trägermaterialien, aber auch zur Einbettung in Keramiken. Derartig immobilisierte Proteine wurden bereits zur Uranentfernung aus Wässern eingesetzt [4]. Neben Uran werden aber auch Edelmetalle wie Palladium oder Platin oder toxische Elemente wie Arsen gut gebunden. In der Präsentation werden Ergebnisse dieser Arbeiten vorgestellt und Perspektiven zur weiteren Entwicklung von Filtermaterialien zur selektiven Aufkonzentrierung von strategisch relevanten Metallen aufgezeigt.
[1] Volesky, B., Biosorption of heavy metals. 1990, Boca Raton, Florida: CRC Press. 396.
[2] Volesky, B., Advances in biosorption of metals: Selection of biomass types. FEMS Microbiology Reviews, 1994. 14: p. 291-302.
[3] Matheickal, J.T. and Q. Yu, Biosorption of Lead(II) from aqueous solutions by Phellinus badius. Minerals Engineering, 1997. 10(9): p. 947-957.
[4] Raff, J., et al., Biosorption of uranium and copper by biocers. Chem. Mater., 2003. 15: p. 240-244.