DE102008032829A1

DE102008032829A1 - Verfahren zur Beeinflussung und Regelung von Biotransformationsprozessen mittels elektrisch polarer Kristalle

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Publication number: DE102008032829A1
Application number: DE200810032829
Authority: DE
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 2008-07-03
Filing date: 2008-07-03
Publication date: 2010-02-04

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Einsatz piezoelektrischer, pyroelektrischer und ferroelektrischer kristalliner Substanzen mit elektrischen Dipoleigenschaften in biotechnologischen Prozessen zur Unterstützung von Biotransformationen mit ganzen Zellen (eukaryotisch oder prokaryotisch) zur Unterstützung der Enzymproduktion, zur Unterstützung des Zellwachstums und zum Aufschluss von Zellen zur Gewinnung intrazellulärer Produkte. Diese polaren Kristalle weisen elektrische Dipolfelder auf, die im Allgemeinen durch Bedeckung mit Abschirmladungen aus dem umgebenden Medium neutralisiert sind. Zur Freisetzung der elektrischen Dipolfelder ist es notwendig, entweder die Abschirmladungen zumindest teilweise von der Oberfläche abzutragen oder die Dipolmomente der Kristalle selbst betragsmäßig zu ändern. Hierfür sind verschiedene Möglichkeiten der Stimulation vorgesehen, wodurch eine Regulation und auch Schaltbarkeit der Biotransformationsprozesse erreicht wird. Diese Stimulation beinhaltet Verfahren, bei denen zum einen auf chemischem oder mechanischem Wege die an der Oberfläche befindlichen Abschirmladungen abgetragen werden und zum anderen die Dipolfelder der Kristalle selbst durch Temperaturwechsel (Pyroelektrizität) oder Druckänderung (Piezoelektrizität) entweder betragsmäßig geändert oder unter Ausnutzung der temperaturgesteuerten Umwandlung von einer ferroelektrischen (polaren) in eine paraelektrische (unpolare) kristalline Phase an- bzw. ausgeschalten werden. ...

Description

Proliferation, Enzymaktivitäten, Biopolymersynthesen (wie z. B. DNA, RNA, Proteine) sowie Membrantransporte von Zellen können durch elektrische Felder stimuliert werden (Berg, Bioelectrochemistry and Bioenergetics, 1995. 38, 153–159). Zur Erzeugung und Bereitstellung dieser makroskopischen elektrischen Felder werden in der Regel Helmholtz-Spulen eingesetzt, was jedoch in der Regel unpraktikabel und energieaufwändig ist.
Für das denitrifizierende Bakterium Pseudomonas denitrificans wurde in Anwesenheit eines elektrischen Feldes eine Erhöhung der spezifischen Denitrifizierungsrate erzielt (Beschkov, Velizarov, Agathos, Lukova, Biochemical Engineering Journal, 2004. 17, 141–145). Die Denitrifizierung ist ein wichtiger Prozessschritt bei der Aufbereitung von Abwässern. Durch Elektrostimulation konnte eine Erhöhung der extrazellulären Phosphataseaktivität während der Kultivierung von Streptomyces noursei (Grosse, Bauer, Berg, Bioelectrochemistry and Bioenergetics, 1988. 20, 279–285), sowie eine Erhöhung der extrazellulären Cellulaseaktivität einer Trichoderma reesei-Mutante erreicht werden (Kerns, Bauer, Berg, Bioelectrochemistry and Bioenergetics, 1993. 32, 89–94). Die Erhöhung der Proliferation von Saccharomyces cerevisiae durch elektrische Stimulation gehört ebenfalls zum Stand der Technik (Fiedler, Gröbner, Berg, Bioelectrochemistry and Bioenergetics, 1995. 38, 423–425). Die Urokinaseaktivität humaner Nierenzelllinien konnte durch Anlegen eines elektrostatischen Feldes erhöht werden (Ellaiah, Saisha, Srinivasulu, Prozess Biochemistry, 2003. 39, 1–4). Urokinasen finden Anwendung in der Behandlung von Myokardinfarkten, Lungenembolien und Venenthrombosen.
Biotransformationen bzw. Biokatalysen sind Reaktionen, die mit freien bzw. immobilisierten Enzymen oder aber mit dem in Zellen vorhandenen Enzymapparat durchgeführt werden. Dabei wird ein Ausgangsstoff enzymkatalysiert in ein Produkt umgewandelt.
Für Ganzzellbiotransformationen ergeben sich allgemein als begrenzende Prozessschritte unter anderem die Aufnahme des Edukts und die Abgabe des Produkts durch die Zellen. Die Transportbarriere bei diesen Prozessen ist die Zellmembran. Im Patent WO 89/06555 ist ein Verfahren zum Transport von Molekülen über Membranbarrieren beschrieben, was auf der Erhöhung der Membranpermeabilität durch elektrische Stromstöße beruht. Dieser Prozess wird Elektroporation genannt. Für die genetische Modifizierung von Mikroorganismen wird heute standardmäßig Fremd-DNA mittels Elektroporation in die Zellen eingeschleust.
Elektrische Felder können auch genutzt werden, um bei Ganzzellbiotransformationen durch eine Erhöhung der Permeabilität der Zellmembranen Edukt und Produkt leichter in die Zelle hinein bzw. aus ihnen heraus zuschleusen. Des Weiteren kann die Erhöhung der Permeabilität zur Verbesserung der Sekretion von Exoenzymen aus Zellen führen und die Enzymausschüttung erhöhen. Eine wichtige Rolle spielt dieser Vorgang beispielsweise bei der Produktion von Laccasen zum Abbau phenolischer Verbindungen, Cellulasen, Hemicellulasen, Lipasen, alkalischer Phosphatase, Sucroseisomerase, Tyrosinase oder Penicillin-G-Acylase.
Aufgrund ihrer elektrischen Eigenschaften können elektrisch polare Kristalle enzymkatalysierte Reaktionen in Beteiligung ganzer Zellen oder freier bzw. immobilisierter Enzyme positiv beeinflussen.
Es existieren bereits Veröffentlichungen, die den positiven Einfluss des pyroelektrischen Kristalls Turmalin auf das Wachstum von Bakterien, Hefen und anderen Pilzen sowie auf die Enzymsekretion berichten (Xia, Hu, Zhang, Process Biochemistry, 20006. 41, 221–225; Ni, Li, Li, World J Microbiol Biotechnol, 2008. 24, 725–731). Turmalin enthält mehrere Spurenelemente, die sich während der Kultivierung nachweislich aus dem Kristall herausgelöst hatten. In den Veröffentlichungen werden diese Mengen als vernachlässigbar klein bewertet. Diese Mengen haben jedoch durchaus den Umfang, wie er Nährmedien zugesetzt wird. Es wird daher von uns vermutet, dass die Verwertung der Spurenelemente durch die Mikroorganismen einen großen Anteil an der Steigerung des Wachstums und der Enzymsekretion hatte. Die Kultivierungen fanden zudem bei konstanten Temperaturen und geringen Rührgeschwindigkeiten (100 min^–1) statt. Das elektrische Dipolfeld des Turmalins sollte unter diesen Bedingungen durch die in den Nährmedien zahlreich vorhandenen Ionen abgeschirmt und somit nicht wirksam gewesen sein.
Aufgabe
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, das elektrische Dipolfeld elektrisch polarer Kristalle durch geeignete Stimulation, wie Temperaturänderungen, -oszillationen und/oder turbulente Strömungen wirksam zu machen und somit zur Unterstützung von Biotransformationen mit ganzen Zellen, freien oder immobilisierten Enzymen zu nutzen. Die elektrisch polaren Materialien können für Biotransformationsprozesse in Form von Nano-, Mikropartikeln, porösen Taps oder Beschichtungen im Reaktionsraum eingesetzt werden.
Elektrisch polare Kristalle, genauer Piezo-, Pyro- und Ferroelektrika zeichnen sich dadurch aus, dass pro Elementarzelle mindestens ein elektrischer Dipol vorhanden ist. Dies führt insgesamt zur Ausbildung eines elektrischen Dipolfeldes um den Kristall. Durch Abschirmladungen aus dem umgebenden Medium wird dieses elektrische Feld nach außen hin neutralisiert, so dass zum Wirksamwerden eine Abtrennung zumindest eines Teils dieser Ladungen durch geeignete Stimulation notwendig ist.
Die Beeinflussung der Abschirmprozesse kann sowohl durch gezielte Auswahl der mit der Kristalloberfläche in Kontakt kommenden biologischen und chemischen Spezies (unter Berücksichtigung der spezifischen Adsorptionseigenschaften dieser Spezies auf der Kristalloberfläche) als auch über Temperatur- oder Druckänderung (Konzentrationsänderung potentieller Adsorbatteilchen) des umgebenden Mediums erreicht werden. Eine Desorption von an der Oberfläche anhaftenden molekularen und ionischen Spezies, wodurch das Dipolfeld teilweise wirksam gemacht wird, kann auch bei konstanter Temperatur herbeigeführt werden. In der Druckschrift DE 10 2007 053 076.7 , welche die Nutzung pyroelektrischer Kristalle in einem Röntgenstrahlungsgenerator vorsieht, sind verschiedene Möglichkeiten zur Beeinflussung und Steuerung der Abschirmprozesse beschrieben. Weiterhin ist eine Stimulation über mechanische Prozesse (z. B. Vibrationen oder Ultraschallanregung) durch Bestrahlung der Kristalloberfläche mit elektromagnetischer Strahlung (z. B. Laserlicht, Röntgenstrahlung) bzw. Teilchenstrahlung (z. B. Elektronenbeschuss) möglich.
Erfindungsgemäß ist darüber hinaus die Nutzung von Kavitationseffekten zur gezielten Desorption von Abschirmladungen an der Grenzfläche polarer Kristalle vorgesehen, wodurch die Dipolfelder wieder freigesetzt werden. Durch turbulente Strömungen oder Ultraschallanregungen von Flüssigkeiten (wobei Kavitationen entstehen) wird zudem der Massentransport zwischen Flüssigkeit und Festkörperoberfläche verbessert, was zu erhöhten Reaktionsraten führen kann.
Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, eine Temperaturänderung ΔT eines pyroelektrischen Kristalls zu nutzen, um zunächst eine Polarisationsänderung ΔP gemäß der Gleichung ΔP = p·ΔT (mit p als pyroelektrischen Koeffizienten des Materials) herbeizuführen, welche eine Änderung des nach außen hin wirksamen elektrischen Dipolfeldes bedingt. In analoger Weise führt im Falle eines piezoelektrischen Kristalls eine Druckänderung zu einer Änderung der Polarisation und des Dipolfeldes. Dabei werden entweder ein Teil der an der Kristalloberfläche adsorbierten Abschirmladungen freigesetzt oder zusätzliche Abschirmladungen werden angezogen. In Abhängigkeit des umgebenden Mediums ergeben sich unterschiedliche Zeiten für die infolge der Ad- bzw. Desorption abschirmender Ladungen stattfindende Relaxation des nach außen hin wirksamen Dipolfeldes. Neben der speziellen Charakteristik der feldinduzierenden Stimulation haben auch materialspezifische Parameter polarer Materialien (pyro- bzw. piezoelektrische Koeffizienten, Polarisation) Einfluss auf die elektrische Feldstärke des nach außen hin wirksamen Dipolfeldes.
Ausführungsbeispiel 1:
Durch das Einbringen pyroelektrischer Nano-, Mikropartikel, poröser Tabs oder Beschichtungen aus Lithiumniobat in den Reaktionsraum und geeignete Maßnahmen zur Freilegung des elektrischen Feldes, wie Temperaturänderungen, -oszillationen und/oder turbulente Strömungen im Reaktionsraum werden Biotransformationsprozesse mit ganzen Zellen beeinflusst. Ziel ist die Erhöhung des Umsatzes und der Produktivität der Biotransformationsprozesse durch die verbesserte Eduktaufnahme und Produktabgabe aufgrund einer höheren Zellmembranpermeabilität bei Wirkung eines Teils der elektrischen Dipolfelder der elektrisch polaren Lithiumniobatpartikel.
Ausführungsbeispiel 2:
Wie Ausführungsbeispiel 1, aber zum gezielten Abbau der toxischen, umweltschädlichen Stoffe MTBE und ETBE mittels permeabilisierter Mikroorganismen.
Ausführungsbeispiel 3:
Wie Ausführungsbeispiel 1, aber zur Oxidation und Reduktion aliphatischer und aromatischer, ggf. substituierter, Kohlenwasserstoffverbindungen.
Ausführungsbeispiel 4:
Wie Ausführungsbeispiel 1, aber zur Reduktion bzw. Oxidation von Polyalkoholen und deren Polymeren.
Ausführungsbeispiel 5:
Wie Ausführungsbeispiel 1, aber mit dem Ziel der höheren Ausschüttung von Enzymen durch Zellen während industrieller Enzymproduktionsprozesse, z. B. zur Herstellung von Laccasen, Cellulasen, Hemicellulasen und Lipasen oder Ganzzellbiotransformationen mit extrazellulären Enzymen in Flüssigmedien.
Ausführungsbeispiel 6:
Wie Ausführungsbeispiel 1, aber zum Aufschluss von Mikroorganismen zur Gewinnung intrazellulärer Enzyme und Speicherstoffe (z. B. Polyhydroxybuttersäure).
Ausführungsbeispiel 7:
Wie Ausführungsbeispiel 1, aber zur Unterstützung von Biotransformationen in Feststoffsystemen (z. B. Holzveredelung oder Abbau phenolischer Verbindungen mit Weißfäulepilzen) oder 2-Phasensystemen (z. B. Fettabbau in Abwässern).
Ausführungsbeispiel 8:
Wie Ausführungsbeispiel 1, aber zur Stimulation der Proliferation von Zellen.
Ausführungsbeispiel 9:
Als Erweiterung der bisherigen Ausführungsbeispiele werden die elektrisch polaren Kristalle zur gezielten Verbesserung der Substratverfügbarkeit durch erhöhten Substrataufschluss durch z. B. Unterstützung von Hydrolysereaktionen eingesetzt.
Ausführungsbeispiel 10:
Wie Ausführungsbeispiel 9, aber zur Verbesserung der Substratverfügbarkeit bei Enzymreaktionen in Dispersionen zur Erhöhung der Homogenität und Vergrößerung der spezifischen Oberfläche der dispersen Phase.
Ausführungsbeispiel 11:
Als Erweiterung der bisherigen Ausführungsbeispiele speziell für Biotransformationen durchgeführt im Schüttelkolben oder Mikrotiterplatten für Massenscreenings zur Findung geeigneter Produktionsstämme oder Enzyme.
Ausführungsbeispiel 12:
Wie Ausführungsbeispiel 1, aber zur pH-Regelung in kleinen Reaktionsvolumina wie Schüttelkolben oder Mikrotiterplatten. Es wurde bereits in Veröffentlichungen beschrieben, dass sich durch Zugabe des pyroelektrischen Kristalls Turmalin der pH-Wert eines saueren bzw. stark basischen Mediums stets bei pH 8 einpegelte (Xia, Hu, Zhang, Process Biochemistry, 20006. 41, 221–225; Ni, Li, Li, World J Microbiol Biotechnol, 2008. 24, 725–731), was eine Nutzung pyroelektrischer Kristalle zur pH-Regelung in kleinen Reaktionsvolumina ermöglicht. Im Gegensatz zur zitierten Veröffentlichung wird jedoch in diesem Ausführungsbeispiel der polare Kristall durch geeignete Stimulation, wie in den Ansprüchen 3–7 beschrieben, von an der Oberfläche anhaftenden Abschirmladungen befreit oder die Polarisation des Kristalls selbst betragsmäßig geändert, wodurch das elektrische Dipolfeld gezielt wirksam gemacht wird. Dadurch wird die Einstellung eines stationären pH-Wertes schneller und kontrolliert herbeigeführt. Der pH-Wert kann zudem durch Variation der speziellen Charakteristik der Stimulation (z. B. die Frequenz einer Temperaturoszillation) auf verschiedene Werte eingestellt werden.
Ausführungsbeispiel 13:
Wie Ausführungsbeispiel 1 bis 11, aber unter Einsatz von Ferroelektrika, deren elektrische Felder sich durch äußere Einflussfaktoren umpolen lassen, was die Erzeugung eines Wechselfeldes im Reaktionsraum ermöglicht, um mit diesem biotechnologische Prozesse zu stimulieren.
Ausführungsbeispiel 14:
Wie Ausführungsbeispiel 1 bis 11, aber unter Einsatz von Ferroelektrika, wie z. B. (Ba, Sr)TiO₃ die durch eine geeignete Zusammensetzung eine bestimmte Curie-Temperatur aufweisen. Beim Überschreiten dieser Temperatur verlieren diese Kristalle ihre polare Eigenschaft, so dass über Temperaturänderungen ein gezieltes An- und Ausschalten dieser Eigenschaft, und, auch in Kombination mit den die Abschirmprozesse beeinflussenden Stimuli (siehe Ausführungsbeispiel 1), des prozesswirksamen Dipolfeldes möglich ist.
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

- WO 89/06555 [0004]
- DE 102007053076 [0010]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Berg, Bioelectrochemistry and Bioenergetics, 1995. 38, 153–159 [0001]
- Beschkov, Velizarov, Agathos, Lukova, Biochemical Engineering Journal, 2004. 17, 141–145 [0002]
- Grosse, Bauer, Berg, Bioelectrochemistry and Bioenergetics, 1988. 20, 279–285 [0002]
- Kerns, Bauer, Berg, Bioelectrochemistry and Bioenergetics, 1993. 32, 89–94 [0002]
- Fiedler, Gröbner, Berg, Bioelectrochemistry and Bioenergetics, 1995. 38, 423–425 [0002]
- Ellaiah, Saisha, Srinivasulu, Prozess Biochemistry, 2003. 39, 1–4 [0002]
- Xia, Hu, Zhang, Process Biochemistry, 20006. 41, 221–225 [0007]
- Ni, Li, Li, World J Microbiol Biotechnol, 2008. 24, 725–731 [0007]
- Xia, Hu, Zhang, Process Biochemistry, 20006. 41, 221–225 [0024]
- Ni, Li, Li, World J Microbiol Biotechnol, 2008. 24, 725–731 [0024]

Claims

Verfahren zur Unterstützung und Regelung von biotechnologischen Prozessen, dadurch gekennzeichnet, dass – elektrisch polare Kristalle in Form von Nano- oder Mikropartikeln entweder lose oder in einem Filterkorb eingeschlossen, als poröse Taps oder Beschichtungen im Reaktionsraum eingesetzt und dabei in Kontakt mit der am Prozess beteiligten biologischen Materie gebracht werden, – die elektrisch polaren Kristalle zum Abtrag oder zur Neubildung der auf ihnen befindlichen Adsorptionsschicht und einer damit einhergehenden Aktivierung oder Passivierung deren elektrischer Dipolfelder stimuliert werden, – es sich bei dem Prozess um eine Biotransformation mit ganzen Zellen handelt, – ein Enzymproduktionsprozess oder Zellwachstumsprozess unterstützt wird, – es sich um einen Prozess zum Aufschluss von Zellen zur Gewinnung intrazellulärer Produkte handelt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch polaren Kristalle zur Freisetzung der elektrischen Felder auf chemischen Wege, durch Ausnutzung der spezifischen Ad- und Desorptionseigenschaften am Prozess beteiligter biologischer und chemischer Spezies, stimuliert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch polaren Kristalle zur Freisetzung der elektrischen Felder auf mechanischem Wege, wie Vibration oder Ultraschallanregung der elektrisch polaren Kristalle, stimuliert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch polaren Kristalle zur Freisetzung der elektrischen Felder auf thermodynamischem Wege, d. h. über Variation des Drucks und/oder der Temperatur des Reaktionsmediums stimuliert werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine mechanische Stimulierung durch Kavitationseffekte in turbulenten Strömungen oder infolge von Ultraschallanregung des Prozessmediums herbeigeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stimulierung zur Freisetzung der Dipolfelder infolge von Temperatur- und/oder Druckbeeinflussung der elektrisch polaren Kristalle herbeigeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stimulierung zur Freisetzung der Dipolfelder infolge einer Anregung der elektrisch polaren Kristalle mittels elektromagnetischer Strahlung und/oder Teilchenstrahlung herbeigeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Dipolfeld um elektrisch polare Partikel ein Biotransformationsprozess mittels permeabilisierter Mikroorganismen zum gezielten Abbau der toxischen, umweltschädlichen Stoffe MTBE und ETBE unterstützt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Dipolfeld um elektrisch polare Partikel ein Biotransformationsprozess zur Oxidation und Reduktion aliphatischer und aromatischer, ggf. substituierter, Kohlenwasserstoffverbindungen und zur Reduktion bzw. Oxidation von Polyalkoholen und deren Polymeren unterstützt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Dipolfeld um elektrisch polare Partikel ein Biotransformationsprozess zur Ausschüttung von Enzymen durch Zellen während industrieller Enzymproduktionsprozesse, z. B. zur Herstellung von Laccasen, Cellulasen, Hemicellulasen und Lipasen oder Ganzzellbiotransformationen mit extrazellulären Enzymen in Flüssigmedien unterstützt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Dipolfeld um elektrisch polare Partikel ein Biotransformationsprozess zum Aufschluss von Mikroorganismen zur Gewinnung intrazellulärer Enzyme und Speicherstoffe unterstützt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Dipolfeld um elektrisch polare Partikel ein Biotransformationsprozess in einem Feststoffsystem oder 2-Phasensystem unterstützt wird. Zusätzlich kann durch das Wirken des elektrischen Dipolfeldes bei Biotransformationen in Dispersionen die Homogenität und die spezifische Oberfläche der dispersen Phase vergrößert werden um so die Substratverfügbarkeit zu erhöhen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Dipolfeld um elektrisch polare Partikel in einem Biotransformationsprozess die Proliferation von Zellen unterstützt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Biotransformationsprozess durch das Dipolfeld um elektrisch polare Partikel die Substratverfügbarkeit durch Unterstützung von z. B. Hydrolysereaktionen verbessert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Biotransformationsprozess speziell durchgeführt im Schüttelkolben oder in Mikrotiterplatten für Massenscreenings zur Findung geeigneter Produktionsstämme oder Enzyme unterstützt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Zugabe und anschließende Stimulation elektrisch polarer Kristalle zu einem Flüssigmedium eine pH-Regelung speziell in kleinen Reaktionsvolumina wie Schüttelkolben oder Mikrotiterplatten realisiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, aber unter Einsatz von Ferroelektrika, deren elektrische Felder sich durch äußere Einflussfaktoren umpolen lassen, was die Erzeugung eines Wechselfeldes im Reaktionsraum ermöglicht, um mit diesem biotechnologische Prozesse zu stimulieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, aber unter Einsatz von Ferroelektrika, wie z. B. (Ba, Sr)TiO₃, welche durch eine geeignete Zusammensetzung eine bestimmte Curie-Temperatur aufweisen. Beim Überschreiten dieser Temperatur verlieren diese Kristalle ihre polare Eigenschaft, so dass über eine Temperaturänderung ein gezieltes An- und Abschalten dieser Eigenschaft, und, auch in Kombination mit den die Abschirmprozesse beeinflussenden Stimuli, des prozesswirksamen bzw. prozessunterstützenden Dipolfeldes möglich ist.