DE102009037768A1

DE102009037768A1 - Bioaktives Kompositmaterial

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Publication number: DE102009037768A1
Application number: DE102009037768A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dr. Soltmann; Horst Prof.Dr. Böttcher; Berthold Dr. Nies
Original assignee: FOERDERUNG VON MEDIZIN BIO und UMWELTTECHNOLOGIEN E V GES; InnoTERE GmbH; Gesellschaft zur Foerderung von Medizin Bio und Umwelttechnologien eV
Current assignee: FOERDERUNG VON MEDIZIN BIO und UMWELTTECHNOLOGIEN E V GES; InnoTERE GmbH; Gesellschaft zur Foerderung von Medizin Bio und Umwelttechnologien eV
Priority date: 2009-08-17
Filing date: 2009-08-17
Publication date: 2011-02-24

Abstract

Die Erfindung betrifft die Herstellung eines bioaktiven Kompositmaterials, das aus zementartig abbindendem Magnesiumphosphat und darin homogen verteilten Mikroorganismen wie Bakterien, Hefen, Pilzen, Sporen von Bakterien oder Pilzen oder Mikroalgen besteht und die Bildung bioaktiver Formkörper, Granulaten und Schichten bei Raumtemperatur ermöglicht. Das Kompositmaterial kann als Biokatalysator oder Biofilter zur Reinigung von schadstoffbelastetem Abwasser verwendet werden. Durch thermische Zersetzung der biologischen Bestandteile kann das Kompositmaterial in Magnesiumphosphat mit definierter Porenstruktur umgewandelt werden.

Description

Die Erfindung betrifft die Herstellung eines bioaktiven Kompositmaterials, das aus zementartig abbindendem Magnesiumphosphat und darin homogen verteilten Mikroorganismen wie Bakterien, Hefen, Pilzen, Sporen von Bakterien oder Pilzen, oder Mikroalgen besteht und die Bildung bioaktiver Formkörper, Granulaten und Schichten bei Raumtemperatur ermöglicht. Das Kompositmaterial kann als Biokatalysator oder Biofilter zur Reinigung von schadstoffbelastetem Abwasser verwendet werden. Durch thermische Zersetzung der biologischen Bestandteile kann das Kompositmaterial in Magnesiumphosphat mit definierter Porenstruktur umgewandelt werden.
Es ist bekannt, daß derzeit große Anstrengungen unternommen werden, Biomoleküle und lebende Zellen in anorganischen Matrizen zu immobilisieren, da daraus im Vergleich zu den bislang verwendeten polymeren Matrizen u. a. folgende Vorteile resultieren:

– hohe mechanische, thermische und photochemische Stabilität
– ggf. hohe Transparenz
– biologische Inertheit (d. h. keine Nahrungsquelle für Mikroorganismen)
– steuerbare Porosität und variabler Immobilisierungsgrad.

Solche Biokompositmaterialien bieten zahlreiche neue potenziell vorteilhafte Anwendungsmöglichkeiten, z. B. zur Herstellung bioaktiver Oberflächen in der Medizintechnik, zur Biokatalyse oder als Biofilter in der Umwelttechnik.
Die direkte Einbettung von Biomolekülen in eine anorganische Matrix erfolgt gegenwärtig vorzugsweise durch Nutzung der modernen Sol-Gel-Technik, wobei die Biokomponente in einem wässrigen oder wässrig-alkoholischen SiO₂-Nanosol gelöst oder dispergiert wird und durch pH-Änderung oder Temperaturerhöhung geliert wird. Die bioaktiven Gele können in Form dünner Schichten, Granulate oder Formkörper genutzt werden.
Auf diese Weise ist zum Beispiel die vorteilhafte Einbettung von Enzymen oder anderen Proteinen in anorganische Matrizen möglich, wie es z. B. in US 5,200,334 oder US 5,300,564 beschrieben wurde. In ähnlicher Weise ist die Immobilisierung lebender Zellen wie Bakterien, Algen, Hefen, Pilze bzw. pflanzliche oder tierische Gewebeteile in anorganische Oxidgele möglich ( DE10054119 ). In mehreren Patenten wird zur Einkapselung von Mikroorganismen die Kombination von SiO₂-Gelen mit wasserlöslichen Polymeren wie Polyvinylalkohol, Gelatine ( US 4148689 ) bzw. Alginaten ( US 4797358 , WO 9635780 ) beschrieben.
Alternativ zu den Sol-Gel-Systemen wurde die homogene Einbettung von Biomolekülen in keramische Werkstoffe untersucht, da diese gegenüber Sol-Gel-Matrizen billiger, stabiler und formbar sind, und zudem eine etablierte Herstellungstechnologie zur Verfügung steht. Das Problem bestand dabei darin, den klassischen Sinterprozess zur Herstellung von Keramiken oberhalb 600°C zu umgehen, um eine Thermolyse der Biomaterialien zu vermeiden. Dies konnte durch die Nutzung neuartiger Verfestigungsprozesse (Freeze-cast-Technik) erreicht werden, wie sie für die Herstellung biokomponenten-freier poröser Keramikformteile genutzt wird ( DE 10065138 ). Diese neue Tieftemperatur-Route für poröse Keramikformteile wird durch eine spezielle Zusammensetzung der keramischen Suspension (insbesonders durch den Einsatz nanopartikulärer Verfestiger) sowie einer gezielten Steuerung des Trocknungsvorgangs erreicht. Auf diese Weise konnten erstmalig bioaktive keramische Kompositmaterialien mit darin homogen verteilte, lebende Zellen hergestellt werden ( WO2004 065328 ).
Allerdings zeigt auch dies Verfahren eine Reihe von Nachteilen: das Verfahren erfordert Eine leistungsfähige Gefriertechnik, durch den Gefrierprozess werden große Teile der lebenden Mikroorganismen abgetötet und die erhaltenen Freeze-Cast-Formkörper zeigen geringe mechanische Festigkeiten, insbesondere ist die Abriebbeständigkeit gering.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es darum, ein alternatives Verfahren zur Einbettung von Mikroorganismen in eine anorganische Matrix zu finden, das zum Erhalt der Lebensfähigkeit der Mikroorganismen bei Raumtemperatur arbeitet und mechanisch stabile Produkte unter Erhalt der Bioaktiviät liefert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Kompositmaterial entsprechend Anspruch 1; weitere Aspekte und/oder bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung und Anwendungsmöglichkeiten sind Gegenstand der weiteren Ansprüche.
Überraschenderweise konnte die Aufgabe mit einfachen Mitteln dadurch gelöst werden, dass bestimmte, in Wasser gelöste oder dispergierte Magnesiumverbindungen, die mitt den entsprechenden Reaktionspartnern in kurzer Zeit (wenige Minuten zu zementösen Magnesiumammoniumphosphat·Hexahydrat ((NH₄)MgPO₄·6(H₂O), Struvit), Magnesiumkaliumphosphat, Magnesiumnatriumphosphat oder Magnesiumcalciumphosphat abbinden, verwendet werden, um Mikroorganismen unter Erhalt ihrer Lebensfähigkeit bei Raumtemperatur zu immobilisieren. Der Herstellungsprozess gewährleistet eine so hohe Lebensfähigkeit der eingebetteten Zellen, dass eine Verwendung des Biokompositmaterials z. B. als Biokatalysator oder Biofilter zur Reinigung von schadstoffbelastetem Abwasser möglich ist.
Das bioaktive Kompositmaterial nach Anspruch 1, das aus festem Magnesiumphosphat und darin homogen verteilten Mikroorganismen besteht, kann in verschiedener Weise hergestellt werden:

(a) durch Verfestigung wäßriger Lösungen oder Dispersionen von Magnesiumsalzen und Ammoniumphosphaten in Gegenwart dispergierter Mikroorganismen
(b) durch Verfestigung wäßriger Lösungen oder Dispersionen von Magnesiumsalzen und/oder Magnesiumoxid und Ammoniumphosphaten in Gegenwart dispergierter Mikroorganismen
(c) durch Verfestigung wäßriger Dispersionen von Sinterprodukten aus Magnesiumphosphat und/oder Magnesiumoxid (z. B. im molaren Verhältnis 1:1 bei 1050°C) und Ammoniumphosphaten in Gegenwart dispergierter Mikroorganismen.

Das Kompositmaterial kann durch Zusatz gelöster oder dispergierter Erdalkalimaterialien, insbesondere durch Ca-Salze, modifiziert werden, wodurch die Abbindezeit in weiten Grenzen varriiert werden kann.
Dem Fachmann auf dem Gebiet der Magnesiumphosphat Zemente ist bekannt, dass solche Zemente in besonders vorteilhafter Weise durch die Reaktion von Magnesiumphosphaten und/oder Magnesiumoxiden mit Ammoniumphosphaten abbinden. Der Austausch von Ammoniumphosphaten gegen Alkaliphosphate, insbesondere Kaliumphosphate führt ebenfalls zu guten Magnesiumphosphat-Zementen mit guten Abbindeeigenschaften und mechanischen Kennwerten; sie sind daher auch bevorzugt. Für Natriumphosphate liegen weniger Daten vor, insbesondere weil Natriumphosphate geringere Löslichkeiten aufweisen als Ammoniumphosphate und Kaliumphosphate. Grundsätzlich können aber auch Magnesiumphosphat-Zemente mit Natriumphosphaten als Reaktionspartner erhalten werden, insbesondere mit NaH₂PO₄. Ähnliches gilt auch für Calciumphosphate. Hier kommt als Reaktionspartner für Magnesiumphosphate und/oder Magnesiumoxid nur das Calciumdihydrogenphosphat Ca(H₂PO₄)₂ in Betracht, da die anderen Calciumphosphate keine ausreichende Wasserlöslichkeit aufweisen.
Besonders vorteilhafte Zement-Basisformulierungen im Sinne der vorliegenden Erfindung werden durch die Kombination von Magnesium- und Calciumphosphaten in Form eines gemeinsamen Sinterprodukts erhalten, das ebenso wie die zuvor genannten Magnesiumphosphate und/oder Magnesiumoxide mit wasserlöslichen Phosphatsalzen von Ammonium-, Alkali- oder Erdalkaliionen in zementartiger Reaktion abbinden und Zemente mit ausgezeichneter Festigkeit und Abbindeeigenschaften bilden. Solche Magnesium-Calciumphosphat-Zemente sind von so hoher Biokompatibilität, dass sie als implantierbare Knochenzemente verwendet werden können. Diese Zemente sind daher auch geeignet, um im Sinne der Erfindung als Trägermaterial für Pflanzen- und Säugetierzellen zu fungieren. Die Herstellung solcher Magnesium-Calciumphosphat Zemente ist in der Deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2008 010 210.5-45 beschrieben.
Die Formulierung der Zemente kann auf verschiedene Arten erfolgen. Die Magnesiumphosphate und/oder Magnesiumoxide können als feinteilige Pulver vorliegen, die mit wässrigen Lösungen von wasserlöslichen Phosphatsalzen von Ammonium-, Alkali- oder Erdalkaliionen gemischt werden, womit die Abbindereaktion gestartet wird. Alternativ können die wasserlöslichen Phosphatsalze von Ammonium-, Alkali- oder Erdalkaliionen auch in fester Form mit den Magnesiumphosphaten und/oder Magnesiumoxiden gemischt werden und als solche Pulvermischungen mit Wasser oder wässrigen Lösungen zu einem Zementbrei angemischt werden.
Die Mikroorganismen können jeweils in der wässrigen Lösung vorgelegt werden oder dem bereits angemischten Zement zugesetzt werden. Im zweiten Fall sollte eine Zementrezeptur mit verlängerter Abbindezeit gewählt werden.
Aus der Technologie der Magnesiumphosphat Zemente sind zahlreiche Füll- und Zuschlagstoffe bekannt, die einerseits als kostengünstige Füller dienen können, die andererseits aber auch deutlichen Einfluss auf die Zementeigenschaften nehmen können. Prinzipiell sind alle diese Füll- und Zuschlagstoffe auch in die vorliegende Erfindung einbezogen. Besonders erwähnt werden sollen in diesem Zusammenhang Füllstoffe aus feinteiligen bis nanoskaligen Silikaten, die dem Zement bis zu 60% zugesetzt werden können und die mechanischen Eigenschaften weiter verbessern können. Weiterhin sind im Sinne der Erfindung und bezogen auf den bevorzugten Anwendungsbereich der bioaktiven Kompositmaterialien Glashohlkugeln als Füllmaterialien besonders interessant und bevorzugt, da mit ihnen geeignete Füllmaterialien zur Verfügung stehen, mit denen die Dichte der Kompositmaterialien gezielt eigestellt werden kann. Geeignete Glashohlkugeln stehen beispielsweise von der Firma 3M (Scotchlite^® Glass Bubbles) zur Verfügung, die eine Dichte von bis zu ca. 0,1 g/cm³ herunter aufweisen. Durch ihren Einsatz in den Kompositmaterialien können auf einfache Weise mineralische Trägermaterialien für Mikroorganismen und insbesondere Mikroalgen hergestellt werden, die in wässrigen Medien aufschwimmen.
Um Vitalitätsverluste der Mikroorganismen aufgrund des Kompressionsstresses während des Verfestigungsvorganges der anorganischen Matrix zu minimieren, können organische Polymere in gelöster oder dispergierter Form als Kompressionsdämpfer zugefügt werden.
Dazu geeignet sind gelöste, biologisch abbaubare Polymere auf natürlicher Basis wie Dextran, Stärke, Pektine, Celluloseether, Chitosan, Alginate, Gelatine sowie synthetische Polymere auf Basis vom Polyvinylalkohol, Polyvinylamin, Polyvinylphosphat, Polyacrylsäure und Polyethylen- bzw. Polypropylenoxid bzw. deren Copolymerisate. Durch den Zusatz dispergierter Celluloseprodukte wie Bakteriencellulose oder Microcellulose kann zusätzlich die Flexibilität der Kompositschichten verbessert werden. Der Anteil der polymeren Zusätze kann 1–30 Gew.-% bezogen auf das trockene Biokomposit betragen.
Das bioaktive Kompositmaterial, das als Immobilisierungsmatrix festes Magnesiumammoniumphosphat verwendet, ist zur Immobilisierung von unterschiedlichen dispergierten Mikroorganismen wie lebende (und tote) Bakterien, Hefen, Pilze, Sporen von Bakterien oder Pilzen, oder Mikroalgen geeignet. Zur Sicherung der Lebensfähigkeit der lebenden Mikroorganismen können dem Komposit Nährstoffe wie Kohlenhydrate, Proteine, Vitamine, Supline zugesetzt werden. Außerdem kann die Bioaktivität durch zellschützende Polyolverbindungen wie Glycerol, Sorbit, Trehalose oder Celluloseether verbessert werden. Der Anteil der Mikroorganismen kann 0.1–50 Gew.-% bezogen auf das trockene Biokomposit betragen.
Das erfindungsgemäße bioaktive Kompositmaterial kann als Formkörper, Granulate oder Beschichtung appliziert werden. Es ist möglich, das Kompositmaterial als Biokatalysator zur Stoffumwandlung oder als Biofilter zur Reinigung von schadstoffbelastetem Abwasser zu nutzen.
Darüberhinaus ist es möglich, durch thermische Zersetzung der biologischen Bestandteile bei Temperaturen von mindestens 500°C zementartige Werkstoffe mit definierter Porenstruktur, die der Form und der Menge der immobilisierten Biokomponente entspricht, zu erzeugen. Von besonderem Interesse sind aufgrund ihrer leichten Zugänglichkeit und ihrer fast monodispersen Größenverteilung sphärische Hefesporen, die beim Verflüchtigen während des Sinterns formgetreue kugelförmige Poren hinterlassen
Die Vorteile der erfindungsgemäßen bioaktiven Kompositmaterialien gegenüber dem Stand der Technik bestehen in folgenden Punkten:

– es können erstmals lebende Zellen in homogener Verteilung und hoher biologischer Aktivität in einem zementartigen Formkörper immobilisiert werden
– die Herstellung der bioaktiven Komposite erfolgt (1) bei Raumtemperatur (2) in neutraler wässriger Lösung in (3) kurzen Zeiten
– die Herstellung der bioaktiven Komposite kann durch Rühren in offenen Gefäßen unter Verwendung billiger Industriechemikalien erfolgen
– die Immobilisierungsmatrix ist biologisch abbaubar bzw. bioinert und problemlos zu entsorgen
– die bioaktiven Kompositmaterialien sind beliebig formbar und zeigen eine hohe mechanische Stabilität,
– durch die Art der Zusammensetzung und Herstellungstechnologie kann die Porosität der Komposite und damit deren biologische Aktivität und Reaktivität in weiten Grenzen gesteuert werden
– das Verfahren ist universell anwendbar; unterschiedliche Mikroorganismen und Zellsysteme können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in ein Komposit überführt werden
– es sind zahlreiche Anwendungen als Biokatalysator oder Biofilter möglich
– die thermische Entfernung der Biokomponente bietet neue Möglichkeiten zur Herstellung poröser Keramiken

Ausführungsbeispiele
Beispiel 1
Immobilisierung von Saccharomyces cerevisiae
(a) Herstellung des Kompositmaterials
10 g einer Mischung aus Magnesiumphosphat und Magnesiumoxid (molares Verhältnis 1:1) wurden mit 8 ml einer Ammoniumphosphatlösung aus 2 mol/l (NH₄)₂HPO₄ und 1,5 mol/l (NH₄)H₂PO₄ sowie Bäkerhefe bei Raumtemperatur vermischt und in zylindrische Formen (⌀ 6 mm, Höhe 8 mm) gegossen. Es wurden Varianten mit unterschiedlichen Hefeanteilen von 3.0, 5.9 und 8.6 Gew.-% (Hefetrockengewicht) bezogen auf das Gesamtgewicht des Kompositmaterials hergestellt.
Weiterhin wurde eine Variante unter Zugabe von 10,5 Gew.-% Microcellulose wie folgt hergestellt: 8,5 g einer Mischung aus Magnesiumphosphat und Magnesiumoxid (molares Verhältnis 1:1) und 1,5 g Microcellulose (JELUCEL HM30, Jelu-Werk Ludwigsmühle, Rosenberg, Deutschland) wurden mit 8 ml einer Ammoniumphosphatlösung aus 2 mol/l (NH₄)₂HPO₄ und 1,5 mol/l (NH₄)H₂PO₄ sowie Bäkerhefe (0,844 g = 5,9 Gew.-%) bei Raumtemperatur vermischt und in zylindrische Formen (⌀ 6 mm, Höhe 8 mm) gegossen.
Eine Verfestigung der Zemente erfolgte in ca. 20 min.. Nach 2 h Lagerung wurden die bioaktiven Kompositmaterialien ausgeformt und hinsichtlich der Glucoseverwertung durch die immobilisierten Hefezellen ausgetestet.
(b) Austestung als Fermentationskatalysator

Es wurde je ca. 1,7 g des bioaktiven Kompositmaterials in 2 ml Glucoselösung (2,99 g/l) über 7 h bei 30°C inkubiert und stündlich die Glucosekonzentration bestimmt (Colorimetrischer Nachweis, GLUCOSE liquicolor Test, HUMAN mbH, Wiesbaden, Deutschland). Die Tabelle zeigt vergleichend die Abnahme der Glucosekonzentration.

	Einwaage g	Glucosekonzentration in g/l
	Einwaage g	0 h	1 h	2 h	3 h	4 h	5 h	6 h	7 h
Kompositmaterial mit 3.0% Hefeanteil	1,76	2,99	2,64	2,25	1,97	1,73	1,40	1,13	0,81
Kompositmaterial mit 5,9% Hefeanteil	1,74	2,99	2,24	1,54	1,19	0,94	0,60	0,36	0,06
Kompositmaterial mit 8,6% Hefeanteil	1,59	2,99	1,96	1,05	0,71	0,51	0,18	0,05	0,01
Kompositmaterial mit Microcellulose und 5.9% Hefe	1,87	2,99	2,30	1,38	0,85	0,56	0,35	0,19	0,03

Beispiel 2
Immobilisierung von Rhodococcus ruber
(a) Herstellung des Kompositmaterials
5 g einer Mischung aus Magnesiumphosphat und Magnesiumoxid (molares Verhältnis 1:1) wurden mit 4 ml einer Ammoniumphosphatlösung aus 2 mol/l (NH₄)₂HPO₄ und 1,5 mol/l (NH₄)H₂PO₄ sowie Rhodococcus ruber Bakterien (DSMZ 7512) bei Raumtemperatur vermischt und in zylindrische Formen (⌀ 6 mm, Höhe 8 mm) gegossen. Rhodococcus ruber wurde zuvor in einem phenolhaltigen Medium (500 mg/l Phenol, 5 g/l Hefeextrakt, 10 g/l Trypton, 10 g/l NaCl) bei 30°C über 4 Tage angezogen. Anschließend wurde die Biomasse abzentrifugiert und drei Varianten des Kompositmaterials mit unterschiedlichem Biomasseanteil hergestellt. Es wurden R. ruber Bakterien entsprechend eines Biomassetrockengewichts von 224 mg (Variante 1), 1118 mg (Variante 2) oder 1900 mg (Variante 3) dem Schlicker zugemischt. Eine Verfestigung der Zemente erfolgte in ca. 20 min.. Nach 2 h Lagerung wurden die bioaktiven Kompositmaterialien ausgeformt und hinsichtlich der Phenolverwertung durch die immobilisierten R. ruber Zellen getestet.
(b) Austestung des Phenolabbaus durch das bioaktive Kompositmaterial

Das bioaktive Kompositmaterial wurde in 50 ml einer Phenollösung mit einer Konzentration von 488 mg/l inkubiert und die Abnahme des Phenolgehalts über einen Zeitraum von 40,75 Stunden bestimmt (Colorimetrischer Phenolnachweis mittels 4-Aminoantipyrin nach Emerson und Kelly, J. Org. Chem, 1948, 13, 532–534). Die Ergebnisse sind in nachfolgender Tabelle dargestellt.

Kompositmaterial	Phenolkonzentration in mg/l
Kompositmaterial	0 h	16,75 h	24,5 h	40,75 h
Variante 1	488	403	175	0
Variante 2	488	253	0	0
Variante 3	488	281	69	0
Kontrolle ohne bioaktives Kompositmaterial	488	484	492	488

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 5200334 [0005]
- US 5300564 [0005]
- DE 10054119 [0005]
- US 4148689 [0005]
- US 4797358 [0005]
- WO 9635780 [0005]
- DE 10065138 [0006]
- WO 2004065328 [0006]
- DE 0102105-45 [0014]

Claims

Bioaktives Kompositmaterial, das aus festem Magnesiumphosphat und darin homogen verteilten Mikroorganismen besteht.
Bioaktives Kompositmaterial gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Kompositmaterial durch Verfestigung wäßriger Lösungen oder Dispersionen von Magnesiumsalzen und/oder Magnesiumoxid mit wasserlöslichen Phosphatsalzen von Ammonium-, Alkali- oder Erdalkaliionen in Gegenwart dispergierter Mikroorganismen gebildet wird.
Bioaktives Kompositmaterial gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Kompositmaterial durch Verfestigung wäßriger Lösungen oder Dispersionen von Magnesiumsalzen und/oder Magnesiumoxid und Ammoniumphosphaten in Gegenwart dispergierter Mikroorganismen gebildet wird.
Bioaktives Kompositmaterial gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Kompositmaterial durch Verfestigung wäßriger Dispersionen von Sinterprodukten aus Magnesiumphosphaten und/oder Magnesiumoxid mit Ammoniumphosphaten in Gegenwart dispergierter Mikroorganismen gebildet wird.
Bioaktives Kompositmaterial gemäß Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß das Kompositmaterial durch Verfestigung wäßriger Lösungen oder Dispersionen von Magnesiumverbindungen und weiterer Erdalkaliverbindungen mit Ammoniumphosphaten in Gegenwart dispergierter Mikroorganismen gebildet wird.
Bioaktives Kompositmaterial gemäß Anspruch 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß das Kompositmaterial durch Verfestigung wäßriger Lösungen oder Dipersionen von Magnesiumverbindungen mit wasserlöslichen Phosphatsalzen von Ammonium-, Alkali- oder Erdalkaliionen in Gegenwart gelöster oder dispergierter Polymere und dispergierter Mikroorganismen gebildet wird.
Bioaktives Kompositmaterial gemäß Anspruch 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß als gelöste Polymere biologisch abbaubare Polymere wie Dextran, Stärke, Pektine, Celluloseether, Chitosan, Alginate sowie Gelatine verwendet werden.
Bioaktives Kompositmaterial gemäß Anspruch 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß als gelöste Polymere synthetische Polymere auf Basis von Polyvinylalkohol, Polyvinylamin, Polyvinylphosphat, Polyacrylsäure, Polyethylen- bzw. Polypropylenoxid und deren Copolymere verwendet werden.
Bioaktives Kompositmaterial gemäß Anspruch 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß als dispergierte Polymere Celluloseprodukte wie Bakteriencellulose oder Microcellulose verwendet werden.
Bioaktives Kompositmaterial gemäß Anspruch 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der polymeren Zusätze 1–30 Gew.-% bezogen auf das trockene Biokomposit betragen kann.
Bioaktives Kompositmaterial gemäß Anspruch 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, daß als Mikroorganismen lebende Bakterien, Hefen, Pilze, Sporen von Bakterien oder Pilzen, oder Mikroalgen verwendet werden.
Bioaktives Kompositmaterial nach Anspruch 1–11, wobei zur Sicherung der Lebensfähigkeit der lebenden Mikroorganismen bzw. Zellen Nährstoffe wie Kohlenhydrate, Proteine, Vitamine, Supline zugesetzt werden.
Bioaktives Kompositmaterial nach Anspruch 1–12, wobei zur Erhöhung der Bioaktivität zeltschützende Polyolverbindungen wie Glycerol, Sorbit, Trehalose, Celluloseether und/oder andere kompatible Solute zugesetzt werden.
Bioaktives Kompositmaterial gemäß Anspruch 1 bis 13 dadurch gekennzeichnet, daß als Mikroorganismen tote Bakterien, Hefen, Pilze, Sporen von Bakterien oder Pilzen, oder Mikroalgen verwendet werden.
Bioaktives Kompositmaterial gemäß Anspruch 1 bis 14 dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der Mikroorganismen 0.1–50 Gew.-% bezogen auf das trockene Biokomposit beträgt
Bioaktives Kompositmaterial gemäß Anspruch 1 bis 15 dadurch gekennzeichnet, daß das Kompositmaterial als bioaktiver Formkörper, Granulat oder Beschichtung auf einem Substrat vorliegt.
Anwendung eines bioaktiven Kompositmaterials gemäß Anspruch 1 bis 16 dadurch gekennzeichnet, daß das Kompositmaterial als Biokatalysator zur Stoffumwandlung oder als Biofilter zur Reinigung von schadstoffbelastetem Abwasser verwendet wird.
Anwendung eines bioaktiven Kompositmaterials gemäß Anspruch 1 bis 17 dadurch gekennzeichnet, daß durch thermische Zersetzung der biologischen Bestandteile bei Temperaturen von mindestens 500°C Zementwerkstoffe mit definierter Porenstruktur erzeugt werden