@misc{HuschyarTippkoetterUlber2015, author = {Huschyar, Al-Kaidy and Tippk{\"o}tter, Nils and Ulber, Roland}, title = {System und Verfahren zur Durchf{\"u}hrung von chemischen, biologischen oder physikalischen Reaktionen}, year = {2015}, language = {de} } @article{AlKaidyTippkoetter2016, author = {Al-Kaidy, Huschyar and Tippk{\"o}tter, Nils}, title = {Superparamagnetic hydrophobic particles as shell material for digital microfluidic droplets and proof-of-principle reaction assessments with immobilized laccase}, series = {Engineering in Life Sciences}, volume = {16}, journal = {Engineering in Life Sciences}, number = {3}, publisher = {Wiley-VCH}, address = {Weinheim}, doi = {10.1002/elsc.201400124}, pages = {222 -- 230}, year = {2016}, abstract = {In the field of biotechnology and molecular biology, the use of small liquid volumes has significant advantages. In particular, screening and optimization runs with acceptable amounts of expensive and hardly available catalysts, reagents, or biomolecules are feasible with microfluidic technologies. The presented new microfluidic system is based on the inclusion of small liquid volumes by a protective shell of magnetizable microparticles. Hereby, discrete aqueous microreactor drops with volumes of 1-30 μL can be formed on a simple planar surface. A digital movement and manipulation of the microreactor is performed by overlapping magnetic forces. The magnetic forces are generated by an electrical coil matrix positioned below a glass plate. With the new platform technology, several discrete reaction compartments can be moved simultaneously on one surface. Due to the magnetic fields, the reactors can even be merged to initiate reactions by mixing or positioned above surface-immobilized catalysts and then opened by magnetic force. Comparative synthesis routes of the magnetizable shell particles and superhydrophobic glass slides including their performance and stability with the reaction platform are described. The influence of diffusive mass transport during the catalyzed reaction is discussed by evaluation finite element model of the microreactor. Furthermore, a first model dye reaction of the enzyme laccase has been established.}, language = {en} } @article{AlKaidyKuthanHeringetal.2016, author = {Al-Kaidy, Huschyar and Kuthan, Kai and Hering, Thomas and Tippk{\"o}tter, Nils}, title = {Aqueous droplets used as enzymatic microreactors and their electromagnetic actuation}, series = {Journal of Visualized Experiments}, journal = {Journal of Visualized Experiments}, number = {Issue 126}, issn = {1940-087X}, doi = {10.3791/54643}, year = {2016}, abstract = {For the successful implementation of microfluidic reaction systems, such as PCR and electrophoresis, the movement of small liquid volumes is essential. In conventional lab-on-a-chip-platforms, solvents and samples are passed through defined microfluidic channels with complex flow control installations. The droplet actuation platform presented here is a promising alternative. With it, it is possible to move a liquid drop (microreactor) on a planar surface of a reaction platform (lab-in-a-drop). The actuation of microreactors on the hydrophobic surface of the platform is based on the use of magnetic forces acting on the outer shell of the liquid drops which is made of a thin layer of superhydrophobic magnetite particles. The hydrophobic surface of the platform is needed to avoid any contact between the liquid core and the surface to allow a smooth movement of the microreactor. On the platform, one or more microreactors with volumes of 10 µL can be positioned and moved simultaneously. The platform itself consists of a 3 x 3 matrix of electrical double coils which accommodate either neodymium or iron cores. The magnetic field gradients are automatically controlled. By variation of the magnetic field gradients, the microreactors' magnetic hydrophobic shell can be manipulated automatically to move the microreactor or open the shell reversibly. Reactions of substrates and corresponding enzymes can be initiated by merging the microreactors or bringing them into contact with surface immobilized catalysts.}, language = {en} } @article{TippkoetterAlKaidyWollnyetal.2013, author = {Tippk{\"o}tter, Nils and Al-Kaidy, Huschyar and Wollny, Steffen and Ulber, Roland}, title = {Functionalized magnetizable particles for downstream processing in single-use systems}, series = {Chemie Ingenieur Technik}, volume = {85}, journal = {Chemie Ingenieur Technik}, number = {1-2: Special Issue: Single-Use Technology}, publisher = {Wiley}, address = {Weinheim}, doi = {10.1002/cite.201200130}, pages = {76 -- 86}, year = {2013}, abstract = {Biotechnological downstream processing is usually an elaborate procedure, requiring a multitude of unit operations to isolate the target component. Besides the disadvantageous space-time yield, the risks of cross-contaminations and product loss grow fast with the complexity of the isolation procedure. A significant reduction of unit operations can be achieved by application of magnetic particles, especially if these are functionalized with affinity ligands. As magnetic susceptible materials are highly uncommon in biotechnological processes, target binding and selective separation of such particles from fermentation or reactions broths can be done in a single step. Since the magnetizable particles can be produced from iron salts and low priced polymers, a single-use implementation of these systems is highly conceivable. In this article, the principles of magnetizable particles, their synthesis and functionalization are explained. Furthermore, applications in the area of reaction engineering, microfluidics and downstream processing are discussed focusing on established single-use technologies and development potential.}, language = {en} } @misc{AlKaidyTippkoetterUlber2016, author = {Al-Kaidy, Huschyar and Tippk{\"o}tter, Nils and Ulber, Roland}, title = {Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung des Kontaktwinkels eines Fl{\"u}ssigk{\"o}rpers mit einer Festk{\"o}rperoberfl{\"a}che}, year = {2016}, abstract = {Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung des Kontaktwinkels eines fl{\"u}ssigen oder mit Fl{\"u}ssigkeit gef{\"u}llten K{\"o}rpers. Dieser besteht aus einem Tr{\"a}ger (1) und einer damit verbundenen, in einem Winkelbereich von mehr als 0 ° bis maximal 90 ° neigbaren Ebene (8) mit einer darin ausgebildeten Abrollbahn (9) f{\"u}r den fl{\"u}ssigen oder mit Fl{\"u}ssigkeit gef{\"u}llten K{\"o}rper. An der Ebene (8) sind mehrere Sensoren (11,12) zur Erfassung der Rolldauer des K{\"o}rpers entlang der Rollstrecke angeordnet. Erfindungsgem{\"a}ß ist vorgesehen, dass die Einstellung des Neigungswinkels der Ebene (8) {\"u}ber ein Winkelmessger{\"a}t (10) erfolgt, wodurch ein Abrollwinkel erfassbar ist, bei dem der K{\"o}rper in Bewegung ger{\"a}t. Aus der Rolldauer, der Rollstrecke und dem Abrollwinkel wird der Kontaktwinkel des K{\"o}rpers ermittelt.}, language = {de} } @misc{AlKaidyTippkoetterUlber2014, author = {Al-Kaidy, Huschyar and Tippk{\"o}tter, Nils and Ulber, Roland}, title = {Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung des Kontaktwinkels eines fl{\"u}ssigen oder mit Fl{\"u}ssigkeit gef{\"u}llten K{\"o}rpers [Offenlegungsschrift]}, publisher = {Deutsches Patent- und Markenamt}, address = {M{\"u}nchen}, pages = {13 Seiten}, year = {2014}, abstract = {Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung des Kontaktwinkels eines fl{\"u}ssigen oder mit Fl{\"u}ssigkeit gef{\"u}llten K{\"o}rpers. Dieser besteht aus einem Tr{\"a}ger (1) und einer damit verbundenen, in einem Winkelbereich von mehr als 0° bis maximal 90° neigbaren Ebene (8) mit einer darin ausgebildeten Abrollbahn (9) f{\"u}r den fl{\"u}ssigen oder mit Fl{\"u}ssigkeit gef{\"u}llten K{\"o}rper. An der Ebene (8) sind mehrere Sensoren (11, 12) zur Erfassung der Rolldauer des K{\"o}rpers entlang der Rollstrecke angeordnet. Erfindungsgem{\"a}ß ist vorgesehen, dass die Einstellung des Neigungswinkels der Ebene (8) {\"u}ber ein Winkelmessger{\"a}t (10) erfolgt, wodurch ein Abrollwinkel erfassbar ist, bei dem der K{\"o}rper in Bewegung ger{\"a}t. Aus der Rolldauer, der Rollstrecke und dem Abrollwinkel wird der Kontaktwinkel des K{\"o}rpers ermittelt.}, language = {de} } @article{AlKaidyDuweHusteretal.2015, author = {Al-Kaidy, Huschyar and Duwe, Anna and Huster, Manuel and Muffler, Kai and Schlegel, Christin and Tim, Sieker and Stadtm{\"u}ller, Ralf and Tippk{\"o}tter, Nils and Ulber, Roland}, title = {Biotechnology and bioprocess engineering - from the first ullmann's article to recent trends}, series = {ChemBioEng Reviews}, volume = {2}, journal = {ChemBioEng Reviews}, number = {3}, publisher = {Wiley}, address = {Weinheim}, doi = {10.1002/cben.201500008}, pages = {175 -- 184}, year = {2015}, abstract = {For several thousand years, biotechnology and its associated technical processes have had a great impact on the development of mankind. Based on empirical methods, in particular for the production of foodstuffs and daily commodities, these disciplines have become one of the most innovative future issues. Due to the increasing detailed understanding of cellular processes, production strains can now be optimized. In combination with modern bioprocesses, a variety of bulk and fine chemicals as well as pharmaceuticals can be produced efficiently. In this article, some of the current trends in biotechnology are discussed.}, language = {en} } @article{AlKaidyDuweHusteretal.2014, author = {Al-Kaidy, Huschyar and Duwe, Anna and Huster, Manuel and Muffler, Kai and Schlegel, Christin and Sieker, Tim and Stadtm{\"u}ller, Ralf and Tippk{\"o}tter, Nils and Ulber, Roland}, title = {Biotechnologie und Bioverfahrenstechnik - Vom ersten Ullmanns Artikel bis hin zu aktuellen Forschungsthemen}, series = {Chemie Ingenieur Technik}, volume = {86}, journal = {Chemie Ingenieur Technik}, number = {12}, publisher = {Wiley-VCH}, address = {Weinheim}, issn = {0009-286X}, doi = {10.1002/cite.201400083}, pages = {2215 -- 2225}, year = {2014}, abstract = {Biotechnologie und die mit ihr verbundenen technischen Prozesse pr{\"a}gen seit Jahrtausenden die Entwicklung der Menschheit. Ausgehend von empirischen Verfahren, insbesondere zur Herstellung von Lebensmitteln und t{\"a}glichen Gebrauchsg{\"u}tern, haben sich diese Disziplinen zu einem der innovativsten Zukunftsfelder entwickelt. Durch das immer detailliertere Verst{\"a}ndnis zellul{\"a}rer Vorg{\"a}nge k{\"o}nnen mittlerweile Produktionsst{\"a}mme gezielt optimiert werden. Im Zusammenspiel mit moderner Prozesstechnik k{\"o}nnen so eine Vielzahl von Bulk- und Feinchemikalien sowie Pharmazeutika effizient hergestellt werden. In diesem Artikel werden exemplarisch einige der aktuellen Trends vorgestellt.}, language = {de} } @misc{AlKaidyTippkoetterUlber2013, author = {Al-Kaidy, Huschyar and Tippk{\"o}tter, Nils and Ulber, Roland}, title = {A system and a method for the implementation of chemical, biological or physical reactions [Europ{\"a}ische Patentanmeldung]}, publisher = {Europ{\"a}isches Patentamt}, address = {Den Hague}, pages = {16 Seiten}, year = {2013}, abstract = {The invention relates to a system for the implementation of chemical, biological or physical reactions, consisting of - one or more magnetic micro-reactors, each comprising a shell made of hydrophobic magnetic nanoparticles encapsulating an aqueous core, - a plane platform comprising a surface to receive the micro-reactors, - a source that generates a magnetic field above or underneath the platform for manipulating the one or more hydrophobic magnetic micro-reactors, or for moving them along the surface of the platform from one position to another position, characterized in that the aqueous core of the one or more magnetic micro-reactors contains a reaction solution or buffer, and wherein the magnetic field generated by the source correlates to a defined position on the surface of the platform.}, language = {en} } @misc{AlKaidyTippkoetterKaiseretal.2014, author = {Al-Kaidy, Huschyar and Tippk{\"o}tter, Nils and Kaiser, P. and Wollny, S. and Ulber, Roland}, title = {Aufreinigung von Cytochrom P450BMP mittels magnetischer Partikel und die enzymatische Synthese von 9, 10-Dihydroxystearins{\"a}ure}, series = {Chemie Ingenieur Technik}, volume = {86}, journal = {Chemie Ingenieur Technik}, number = {9}, publisher = {Wiley-VCH}, address = {Weinheim}, issn = {0009-286X}, doi = {10.1002/cite.201450420}, pages = {1420}, year = {2014}, abstract = {Cytochrom P450 sind H{\"a}m-Proteine, die zur Enzymklasse der Oxidoreduktasen (EC 1.14.xy) geh{\"o}ren. Eine wichtige Reaktion ist die Hydroxylierung nichtaktivierter C-H-Bindungen, die in technischen Systemen von großem Interesse ist. Durch die Verwendung von M-IDA-2-Partikeln ist eine direkte Aufreinigung mit gleichzeitiger Immobilisierung und die Applikation der Enzyme aus dem Zelllysat m{\"o}glich. Damit ist das Verfahren mehr als f{\"u}nf Stunden schneller als die konventionelle Chromatographie und mehr als 80 \% der Aufreinigungszeit wird gespart. Mit dem isolierten nativen Enzym konnte die Plattformchemikalie 9,10-Dihydroxystearins{\"a}ure aus {\"O}ls{\"a}ure hergestellt werden. Unter anderem f{\"u}r die Kunststoffindustrie k{\"o}nnen aus diesem Produkt wichtige Monomere wie z. B. Azelains{\"a}ure hergestellt werden. Die Bildung des Produkts erfolgt in einem zweiphasigen Reaktionssystem an der Grenzfl{\"a}che zwischen dem {\"O}l und der w{\"a}ssrigen Phase als Feststoff. Um das immobilisierte Enzym aktiv in die obere Phase zu transportieren, wurde eine neue magnetische Mischvorrichtung entwickelt. Das Reaktionsprodukt wurde mit NMR, GC-MS und HPLC-MS analysiert und mit einem chemisch synthetisierten Standard von 9,10-Dihydroxystearins{\"a}ure verglichen. Derzeit werden Studien des immobilisierten H{\"a}ms des Enzyms durchgef{\"u}hrt.}, language = {de} } @misc{KuthanAlKaidyTippkoetter2016, author = {Kuthan, K. and Al-Kaidy, Huschyar and Tippk{\"o}tter, Nils}, title = {Tropfenbasierte Enzymreaktionen auf Glasoberfl{\"a}chen im μL-Maßstab mit ortsaufgel{\"o}ster pL-Dosierung der Reaktanden}, series = {Chemie Ingenieur Technik}, volume = {88}, journal = {Chemie Ingenieur Technik}, number = {9}, publisher = {Wiley-VCH}, address = {Weinheim}, doi = {10.1002/cite.201650117}, pages = {1336 -- 1337}, year = {2016}, abstract = {Mit der Entwicklung w{\"a}ssriger Tropfen, die mit einer sch{\"u}tzenden H{\"u}lle magnetisierbarer, hydrophober Partikel umgeben sind, ergeben sich neue M{\"o}glichkeiten im Bereich der Mikrofluidik. So k{\"o}nnen die Tropfen als fl{\"u}ssige Mikroreaktoren eingesetzt werden. Der w{\"a}ssrige Kern dieser Mikroreaktoren besteht aus einer Substratl{\"o}sung f{\"u}r enzymatische Umsetzungen. Durch Bewegen der Mikroreaktoren k{\"o}nnen diese {\"u}ber immobilisierten Enzymen positioniert werden, um so einen enzymatischen Umsatz innerhalb der Mikroreaktoren zu realisieren. Hierf{\"u}r wurde eine neue Mikroreaktorplattform-Technologie etabliert. Die Mikroreaktoren k{\"o}nnen aufgrund ihrer magnetisierbaren H{\"u}llenpartikel {\"u}ber elektromagnetische Spulen bewegt werden. Die Bewegung erfolgt dabei mit einer automatisierten Aktuatorplattform, bestehend aus einer 3x3 Doppelspulenmatrix mit Magnetkernen. Als modellhaftes Reaktionssystem wird eine Enzymkaskade eingesetzt, die sich aus einer b-Glucosidase, Glucose-Oxidase und Meerrettichperoxidase zusammensetzt. Prim{\"a}r untersuchte Substrate sind Fluorescein-di-b-D-glucopyranoside, und 1-(3,7-Dihydroxy-10H-phenoxazin-10-yl)-ethanon, bei deren Umsatz fluoreszierende Produkte entstehen.}, language = {de} } @misc{AlKaidyUlberTippkoetter2014, author = {Al-Kaidy, Huschyar and Ulber, Roland and Tippk{\"o}tter, Nils}, title = {Eine Plattform-Technologie f{\"u}r die automatisierte Reaktionsf{\"u}hrung in magnetisierbaren mikrofluidischen Tropfen}, series = {Chemie Ingenieur Technik}, volume = {86}, journal = {Chemie Ingenieur Technik}, number = {9}, publisher = {Wiley-VCH}, address = {Weinheim}, issn = {0009-286X}, doi = {10.1002/cite.201450424}, pages = {1419 -- 1420}, year = {2014}, abstract = {{\"U}blicherweise werden biotechnologische Reaktionssysteme im mikrofluidischen Maßstab in vorstrukturierten Bauteilen oder mit auf Wellplatten basierenden Robotersystemen realisiert. In dem hier vorgestellten System werden chemische oder biologische Reaktionen mit magnetischen Mikroreaktoren (MR) durchgef{\"u}hrt, bei denen hydrophobe magnetische Mikropartikel einen w{\"a}ssrigen Kern umschließen. Solche MR bieten eine gute Kontrolle der Reaktionsbedingungen, eine verbesserte Sicherheit und Portabilit{\"a}t. Die neue Plattformtechnologie erm{\"o}glicht die zweidimensionale Bewegung der magnetischen MR auf einer planaren Ebene. Oberhalb oder unterhalb der Plattform werden Magnetfeldgradienten zum Manipulieren und Bewegen eines oder mehrerer magnetischer MR erzeugt. Die optimal auf die MR wirkenden magnetischen Kr{\"a}fte werden experimentell ermittelt und simuliert. Die Aktivierung der Magnetfelder wird automatisiert durch elektrische Spulen mit Eisenkern bzw. Neodymmagnet gesteuert. Angewendet wurde das System beim reversiblen {\"O}ffnen von MR, um z. B. Reaktionspartner in den w{\"a}ssrigen Kern zu injizieren oder Proben zu entnehmen. Ferner wurde Lac-case A und b-Glucosidase auf einer Quarzglasoberfl{\"a}che immobilisiert und mit einem MR zum Reagieren gebracht. Weiterhin wurden MR fusioniert und so ein w{\"a}ssriger Kern bestehend aus Laccase mit einem aus dem entsprechenden Substrat Syringaldazin vereint.}, language = {de} } @misc{WollnyAlKaidyTippkoetteretal.2014, author = {Wollny, S. and Al-Kaidy, Huschyar and Tippk{\"o}tter, Nils and Ulber, Roland}, title = {Prozessintegrierte Magnetseparation im Labormaßstab mittels High-Gradient Magnetic Separator (HGMS)}, series = {Chemie Ingenieur Technik}, volume = {86}, journal = {Chemie Ingenieur Technik}, number = {9}, publisher = {Wiley-VCH}, address = {Weinheim}, issn = {0009-286X}, doi = {10.1002/cite.201450618}, pages = {1507}, year = {2014}, abstract = {Die Hochgradient-Magnetseparation (HGMS) stellt eine Alternative zu konventionellen Methoden der Proteinaufarbeitung wie Filtration und Chromatographie dar und dient zudem als Prozessintensivierung. Bisherige Separatoren sind f{\"u}r Anwendungen von mehreren Litern Prozessvolumina Fermentationsmedium und Gramm Magnetpartikel ausgelegt. Bei der Entwicklung und Anwendung neuartiger Magnetpartikeloberfl{\"a}chen ist die Verf{\"u}gbarkeit großer Mengen nicht gegeben. Bisherige Filterkammern erh{\"o}hen zudem den Arbeitsaufwand und verursachen gr{\"o}ßere Partikelverluste bei Sp{\"u}lvorg{\"a}ngen oder der Reinigung aufgrund der Partikeladsorption. F{\"u}r Anwendungen im Maßstab < 500 mL wird deshalb ein Miniatur-Hochgradientfilter (miniHGF) entwickelt. Das Modell wird im 3D-Drucker Makerbot Replicator 2 gefertigt und magne-isierbare Dr{\"a}hte zur Partikelabscheidung eingesetzt. Die Vergleichbarkeit mit einem etablierten Magnetseparator wird anhand der Aufnahme von Durchbruchskurven und Bestimmung der Filtereffizienz untersucht. Die Praxistauglichkeit mit kleinen Volumina wird in wiederholten Batch-Versuchen mit auf Magnetpartikeln immobilisiertem Enzym und einem kolorimetrischen Assay gepr{\"u}ft.}, language = {de} } @inproceedings{AlKaidyUlberTippkoetter2014, author = {Al-Kaidy, Huschyar and Ulber, Roland and Tippk{\"o}tter, Nils}, title = {A platform technology for the automated reaction control in magnetizable micro-fluidic droplets}, series = {Biomaterials - made in bioreactors : book of abstracts, May 26 - 28, 2014, Radisson Blu Park Hotel and Conference Dentre, Radebeul, Germany}, booktitle = {Biomaterials - made in bioreactors : book of abstracts, May 26 - 28, 2014, Radisson Blu Park Hotel and Conference Dentre, Radebeul, Germany}, publisher = {DECHEMA}, address = {Frankfurt am Main}, pages = {21 -- 22}, year = {2014}, language = {en} }