Wasser-Wissen



Immobilisation, Immobilisierung

(immobilization) Anhaftung, Festlegung, z.B. von Mikroorganismen an oder in Aufwuchsflächen oder -körpern, wodurch gezielte Beeinflussungen der biochemischen Prozesse erzielt werden, z.B. beim Abbau von Schadstoffen.

Die technische Nutzung der Leistungen immobilisierter Mikroorganismen hat zur Voraussetzung, dass diese gezielt an geeigneten Oberflächen gebunden werden können und dadurch stabile Populationen bereitgestellt werden.

Es gibt unterschiedliche Prinzipien für die Immobilisation von Mikroorganismen: 
  • Oberflächenimmobilisierung: Sie gilt als die verbreitetste Form der Immobilisierung insbesondere in der Umwelttechnik und bildet die Grundlage für zahlreiche Biofilme. Dabei wird der spontan ablaufende Prozess der Adsorption von Mikroorganismen an natürliche oder synthetische Grenzflächen technisch beeinflusst und genutzt. Oberflächenimmobilisierten Organismen stehen in unmittelbarem Kontakt mit ihrer Umgebung, direkt oder indirekt über andere Organismen des Biofilmes. Dies ermöglicht einerseits einen hohen Stoffaustausch zwischen den Organismen und dem umgebenden Medium, bedingt aber auch einen regelmäßigen Austrag von Organismen, entweder durch Ablösung einzelner Zellen oder durch Abscheren ganzer Aggregate, insbesondere in strömungsintensiven Systemen. Den Vorteilen eines stabilen Biofilms stehen einige Nachteile entgegen: Die für den Stoffaustausch zur Verfügung stehende Oberfläche ist geringer als bei frei suspendierten Partikeln. Die Organismen an der Grenzfläche des Filmes unterliegen unmittelbar einer starken Partikelkollision, sowie einer starken hydrodynamischen und Scherbelastung. Dies kann zur Schädigung von Zellen führen und begünstigt die Auswaschung vor allem schwach adsorbierter Organismen. Daher kann durch den Einsatz makroporöser Trägermaterialien, wie porösen Gläsern, Keramiken, Lava oder Kohlematerialien, in vielen Fällen eine Leistungssteigerung erzielt werden. 
  • Einschlussimmobilisierung: Die Immobilisierung durch Einschluss in einen begrenzten Reaktionsraum kann u.a. durch Einbettung in eine Gelmatrix oder durch Begrenzung des Reaktionsraumes mittels permeabler Membranen erfolgen. Auch der Einsatz stabiler Emulsionen gilt als Einschlussimmobilisierung. Häufig wird die Einschlussimmobilisierung verwendet, um spezialisierte Organismen über längere Zeit in einem System zu halten. In sogenannten Membranbiofilmreaktoren besiedeln die Organismen die innere Oberfläche z. B. von Hohlfasermodulen. Der Stoffaustausch erfolgt limitiert durch die Diffusion an der Membran. 
  • Hydrodynamische Zellrückhaltung
  • Mikrobielle Zellaggregate