Im Juni 2026 war es so weit: Die Abteilung Biotechnologie des PFI konnte ihr Analytikportfolio um eine leistungsstarke neue Technologie erweitern. Durch die erfolgreiche Inbetriebnahme eines Single-Quadrupol-Massenspektrometers der Firma Shimadzu wurde das bestehende HPLC-System (High Performance Liquid Chromatography) gezielt ausgebaut und das Analysenspektrum deutlich erweitert.
Damit stehen der Forschung künftig neue Möglichkeiten zur Verfügung, um komplexe biotechnologische Prozesse noch genauer zu untersuchen und bislang schwer nachweisbare Substanzen zu identifizieren.
Investition in moderne Forschungsinfrastruktur
Die Anschaffung des neuen Analysemoduls erfolgte im Rahmen eines Forschungsprojekts über das Förderprogramm INNO-KOM im Modul Investitionszuschuss (IZ). Das Förderprogramm unterstützt gemeinnützige Industrieforschungseinrichtungen beim Ausbau ihrer wissenschaftlich-technischen Infrastruktur. Ziel ist es, Forschung und Innovation insbesondere in strukturschwachen Regionen zu stärken und den Transfer wissenschaftlicher Erkenntnisse in die Wirtschaft zu fördern. Das PFI nutzt dieses Programm bereits seit vielen Jahren erfolgreich. Zahlreiche Forschungsgeräte konnten auf diesem Weg beschafft und in verschiedensten Projekten eingesetzt werden. Auch die nun erweiterte HPLC-Anlage wurde bereits im Jahr 2020 über INNO-KOM finanziert.
Warum moderne Analytik so wichtig ist
In biotechnologischen Forschungsprojekten fallen regelmäßig zahlreiche flüssige Proben an, die analysiert werden müssen. Diese enthalten häufig eine Vielzahl unterschiedlicher Substanzen – beispielsweise Zucker, organische Säuren oder andere Stoffwechselprodukte. Ein typisches Beispiel sind Fermentationsprozesse, bei denen aus nachwachsenden Rohstoffen wie Weizenstroh wertvolle biobasierte Chemikalien hergestellt werden. Um solche Prozesse optimal zu steuern, müssen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler kontinuierlich überwachen, welche Stoffe in welcher Konzentration vorhanden sind. Nur so können Ausbeuten verbessert, Prozesse optimiert und unerwünschte Nebenprodukte frühzeitig erkannt werden.
Die Rolle der HPLC
Für diese Aufgaben wird am PFI bereits seit mehreren Jahren eine HPLC-Anlage eingesetzt. Die High Performance Liquid Chromatography ermöglicht die Trennung, Detektion und Quantifizierung von Inhaltsstoffen in flüssigen Proben. Besonders bei der Analyse von Zuckern und organischen Säuren hat sich das System bewährt. Allerdings stößt jede Analysemethode irgendwann an ihre Grenzen. Einige relevante Substanzen konnten mit dem bisher eingesetzten Detektor nicht oder nur unzureichend erfasst werden. Für bestimmte Moleküle war das System gewissermaßen „blind“.
Mehr Möglichkeiten durch Massenspektrometrie
Genau hier setzt das neue Single-Quadrupol-Massenspektrometer an. Durch die Kopplung mit der bestehenden HPLC können nun deutlich mehr Substanzen nachgewiesen werden als bisher. Darüber hinaus arbeitet das System wesentlich empfindlicher, sodass selbst sehr geringe Konzentrationen zuverlässig detektiert werden können. Diese höhere Sensitivität ist insbesondere bei Forschungsfragestellungen von großer Bedeutung, bei denen einzelne Verbindungen in sehr kleinen Mengen vorkommen, jedoch entscheidenden Einfluss auf biologische oder chemische Prozesse haben.
Wie funktioniert ein Massenspektrometer?
Die Grundidee der Massenspektrometrie ist ebenso elegant wie wirkungsvoll: Zunächst werden die zu untersuchenden Moleküle ionisiert. Anschließend werden diese Ionen im Gerät analysiert und anhand ihres Masse-Ladungs-Verhältnisses unterschieden. Dabei entstehen charakteristische Signale beziehungsweise Fragmentierungsmuster, die für jede Verbindung typisch sind. Diese „chemischen Fingerabdrücke“ ermöglichen eine eindeutige Identifizierung der enthaltenen Stoffe. Dadurch können nicht nur bekannte Verbindungen quantifiziert, sondern auch bislang unbekannte oder unerwartete Substanzen deutlich zuverlässiger erkannt werden.
Neue Chancen für Forschungsprojekte
Mit der Erweiterung des Analysensystems eröffnet sich für die Abteilung Biotechnologie ein deutlich breiteres Anwendungsfeld. Die verbesserte Analytik ermöglicht:
- die Untersuchung neuer biotechnologischer Prozesse,
- die Analyse komplexerer Stoffgemische,
- die Detektion von Substanzen in geringsten Konzentrationen,
- die Bearbeitung neuer Forschungsfragestellungen,
- die Erschließung angrenzender Forschungsgebiete.
Damit stärkt die Investition nicht nur die Arbeit der Abteilung Biotechnologie, sondern erweitert die wissenschaftlichen Möglichkeiten des gesamten PFI.
Schulung für den optimalen Einsatz
Damit das neue System sein volles Potenzial entfalten kann, folgt im Juli eine umfassende Schulung durch die Firma Shimadzu. Die Mitarbeitenden erhalten dabei vertiefte Einblicke in die Massenspektrometrie sowie die praktische Bedienung und Auswertung der Messdaten. So wird sichergestellt, dass die neue Technologie schnell und effizient in laufende sowie zukünftige Forschungsprojekte integriert werden kann.
Ein wichtiger Schritt für die Zukunft
Die Erweiterung der bestehenden Analytik durch ein modernes Massenspektrometer ist ein weiterer Baustein für die kontinuierliche Weiterentwicklung der Forschungsinfrastruktur am PFI. Durch die höhere analytische Leistungsfähigkeit können künftig noch komplexere wissenschaftliche Fragestellungen bearbeitet, innovative Forschungsprojekte umgesetzt und neue Erkenntnisse gewonnen werden. Damit schafft das PFI die Grundlage für zukunftsorientierte Forschung in den Bereichen Biotechnologie, Nachhaltigkeit und industrielle Innovation.
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Ihr Ansprechpartner:
Dr. Stefan Dröge
Biotechnologie
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