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Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2020-03-01 - 2022-11-30

Pflanzliche Zellwände bestehen aus einem komplizierten Verbund verschiedener Polysaccharid-Netzwerke, die essentielle Funktionen im Lebenszyklus der Pflanze übernehmen. Diese Zellwandpolysaccharide stellen interessante Ausgangsstoffe für erneuerbare Materialien und für die Produktion von Biokraftstoffen dar. Um die Wirtschaftlichkeit der Nutzung von Biomasse als erneuerbare Ressource zu verbessern, produzieren Forscher auf der ganzen Welt eine wachsende Anzahl von Pflanzen mit modifizierten Polysaccharid-Zusammensetzungen. Voraussetzung dafür ist jedoch eine genaue Kenntnis der Biosynthese dieser Polysaccharide. Ein von uns kürzlich hergestellter Glycan-Microarray, der mit synthetischen Zellwandoligosacchariden ausgestattet ist, bietet nun zum ersten Mal die Möglichkeit, einen Assay zum simultanen Screening verschiedener pflanzlicher Glycosyltransferasen zu entwickeln. Dazu soll der Microarray mit azido-funktionalisierten Zuckernukleotid-Donoren sowie potentiellen Glycosyltransferasen inkubiert und eingebaute azido-funktionalisierte Monosaccharide anschließend durch Click-Reaktion mit einem Fluoreszenzfarbstoff visualisiert werden. Im Rahmen dieses Projekts sollen die benötigten azido-funktionalisierten Zuckernukleotid-Donoren durch chemische Synthese auf effiziente Weise hergestellt werden.
Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2020-11-01 - 2023-02-28

The combination of ion mobility-mass spectrometry (IM-MS) with separation techniques such as liquid chromatography (LC) is now emerging as a powerful platform for addressing the identity confirmation of unknown organic compounds within complex samples. Electrospray ionization (ESI) and atmospheric pressure chemical ionization (APCI) are two widespread ion sources for IM-MS, in which the mechanism of ionization is based on protonation/deprotonation of the analyte or cation/anion attachment. Studying these phenomena theoretically alongside experimental confirmation on a commercially available instrument is recognized as a key aspect of addressing the broad analysis of unknown compounds via untargeted workflows, where several 1000 molecular features are typically resolved within a single LC-IM-MS analysis. In an IM-MS platform equipped with APCI or ESI ion sources, the formation of the product ions and consequently the sensitivity of IM-MS to a given analyte, M, depends on the nature of M, the source conditions applied, and solvents during ionization processes. As such, establishing an improved knowledge about the ion/molecule reactions occurring in the ionization region of an IM-MS, potential conformations of ionic species, the nature of the ion/molecule interactions, and the parameters influencing these interactions enables analytical chemists to modify the existing analytical techniques to improve their detection limits and sensitivities, provide better characterization of unknown molecules, and/or to avoid some interferences that reduce the analytical performance.
Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2020-11-01 - 2023-10-31

Lignin ist das am häufigsten vorkommende erneuerbare aromatische Biopolymer. Durch verschiedenste industrielle Umwandlungsprozesse von Holz oder Einjahrespflanzen in der Zellstoff- und Papierindustrie, wird das Molekül noch entschieden verändert. In Folge gewinnt man Lignin in großen Mengen und chemisch modifizierter Form als „technisches Lignin“. Derzeit geht man von einer jährlichen Produktion von ca. 70 Mio. t weltweit aus. Trotz großtechnischer Verfügbarkeit werden über 95% des gewonnenen Lignins energetisch genutzt. Die daraus gewonnene und rückgeführte Energie hat zur Folge, dass Prozesse der Zellstoff- und Papierindustrie als weitgehend energieautark gelten. Die Diskrepanz zwischen Verfügbarkeit und der sehr begrenzten realen Nutzung von Lignin stellt seit Jahrzehnten eine große Herausforderung für die akademische und industrielle Forschung – mit unterschiedlicher Intensität und Erfolg – da. Aufgrund eines weltweiten Umdenkens, hervorgerufen durch die Klimakrise und steigender Kohlendioxid-Emissionen, zeigt sich ein deutlicher Trend zum nachhaltigen Umgang mit Rohstoffen und einer bioökonomischen Gesamtgestaltung verschiedenster Prozesse. Lignin hat dadurch als Rohstoffquelle ein neues Momentum erlangt und gilt als „Keyplayer“ in der Substitution von erdölbasierten Rohstoffen und Materialien durch nachwachsender Rohstoffe. Dies ist durch die Zunahme der Forschungsintensität und dem dadurch hervorgerufenen exponentiellen Anstieg von Lignin-Patenten der letzten Jahre erkennbar. Jedoch geht die Umsetzung der vorhanden, zweifellos praktikablen Ideen und deren großtechnischen Anwendungen deutlich langsamer voran. Daher stellt sich die Frage ob und warum wir noch nicht in der Lage sind, technische Lignine analog zur Cellulose oder Erdöl vollständig zu verstehen und zu nutzen? Während wir für Cellulose und deren Produkte seit über hundert Jahre Prozessketten zur Herstellung von Cellulose basierten Produkten wie Papier, Fasern oder anderen Derivaten haben, ist Lignin lediglich ein Abfallprodukt. Dessen hoher energetischer Wert zwar dankend zur positiven Energiebilanz der Prozesse herangezogen wurde aber sonst nur als Nischenprodukt (Lignosulfonat) eine echte stoffliche Anwendung gefunden hat. Durch Verfahren wie Lignoboost (Thomani, 2009) die bereits großtechnisch verfügbar und in Anwendung sind, wurde die Isolation von technischen Ligninen aus den Ablaugen des Kraftzellstoffprozesses ermöglicht und macht technisches Lignin zur weiteren Verarbeitung praktisch weltweit verfügbar.

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