Vom mikroskopischen Tröpfchen zum Produktionsprozess
Neue Forschungsgruppe am Max-Planck-Institut in Magdeburg untersucht Phasenübergänge von Biomolekülen
Die neue Forschungsgruppe Phase Transition Engineering hat unter der Leitung von Dr. Leif-Thore Deck zum 1. September 2026 die Arbeit am Max-Planck-Institut für Dynamik komplexer technischer Systeme in Magdeburg aufgenommen. Das Team verbindet Experimente in winzigen Tröpfchen mit Computermodellen, um Herstellungsprozesse von Medikamenten besser zu verstehen und gezielter zu steuern.
Phasenübergänge stehen im Zentrum vieler Herstellungsprozesse in Chemie und Pharmazie: Die meisten Wirkstoffe werden kristallisiert zu Tabletten verarbeitet oder als biopharmazeutische Arzneimittel eingefroren und gefriergetrocknet. Die Moleküle gehen dabei von einem Zustand in einen anderen über, von gelöst zu fest oder von flüssig zu gefroren. Diese Vorgänge finden auf molekularer Ebene statt und sind schwer zu kontrollieren. Dennoch entscheiden sie über die Qualität von Medikamenten, die in großen Produktionsanlagen hergestellt werden.
Die neue Gruppe setzt genau hier an. Mithilfe der Tröpfchen-Mikrofluidik werden Millionen kleinster Tröpfchen unter exakt kontrollierten Bedingungen hergestellt. Jedes Tröpfchen ist kleiner als der Durchmesser eines menschlichen Haares und stellt ein eigenes kleines Experiment dar. Auf diese Weise lässt sich genau beobachten, wie Kristalle, Eis oder andere neue Phasen entstehen, und das mit hoher statistischer Aussagekraft und minimalem Materialverbrauch. Das ist besonders wichtig für pharmazeutisch relevante Biomoleküle wie Proteine, Peptide oder RNA, die oft teuer und nur in kleinen Mengen verfügbar sind.
Die gewonnenen Daten unterstützen maßgeblich die Entwicklung mechanistischer Modelle, welche die zugrunde liegende Physik des Phasenübergangs mathematisch beschreiben. Diese Modelle wiederum ermöglichen es, die experimentellen Resultate in den Mikrotropfen auf größere Skalen zu übertragen: vom Laborversuch über Pilotanlagen bis zum industriellen Prozess. Das langfristige Ziel ist es, die Herstellungsprozesse für Arzneimittel und Chemikalien zu optimieren und robuster zu machen, ohne jede Prozessvariante aufwendig im großen Maßstab testen zu müssen.
„Wir wollen die Skalen miteinander verbinden: Was wir in winzigen Tröpfchen beobachten und mit Modellen verstehen, soll helfen, industrielle Prozesse gezielter und schneller zu entwickeln“, sagt Leif-Thore Deck.
Das Verständnis von Phasenübergängen bei Biomolekülen ist auch außerhalb der industriellen Produktion relevant: Bei manchen neurodegenerativen Erkrankungen durchlaufen natürlich vorkommende Proteine im Körper schädliche Phasenübergänge wie Aggregation oder Kondensation. Auch diese Prozesse will die Gruppe mit ihren Methoden besser verstehen.
Freie Max-Planck-Forschungsgruppe mit Anknüpfungspunkten im Institut
Leif-Thore Deck leitet eine themenoffene Max-Planck-Forschungsgruppe, die er über das Free-Floating-Programm der Max-Planck-Gesellschaft eingeworben hat. Das Programm ermöglicht herausragenden Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftlern, eigene Forschungsideen unabhängig von einem vorgegebenen Fachgebiet umzusetzen.
Am Max-Planck-Institut sieht er zahlreiche Anknüpfungspunkte: zur Prozesstechnik und Synthetischen Biologie in der Abteilung von Prof. Kai Sundmacher, zur Kristallisation und Fällung (bio)pharmazeutischer Wirkstoffe im Team von Prof. Heike Lorenz sowie zur Mikrofabrikation von Prof. Sohini Kar-Narayan (Abteilung Materialsystemtechnik), deren Sensoren viel Potenzial für die Anwendung in mikrofluidischen Plattformen bieten. Es steht zu erwarten, dass sich in der Zukunft weitere interessante Kooperationen mit den anderen Forschungsgruppen am MPI entwickeln.
Über Dr. Leif-Thore Deck
Leif-Thore Deck ist in Karlsruhe aufgewachsen. Er studierte Chemie- und Biochemieingenieurwesen an der ETH Zürich, mit Forschungsaufenthalten an der National University of Singapore und am Massachusetts Institute of Technology, und wurde an der ETH Zürich in Maschinenbau und Verfahrenstechnik promoviert. Seine Doktorarbeit befasste sich mit dem Phasenübergang von Wasser zu Eis, dem Einfrieren und Gefriertrocknen von Impfstoffen sowie der Entwicklung komplexer Kristallisationsprozesse für pharmazeutische Wirkstoffe. Anschließend forschte er als Postdoktorand am Yusuf Hamied Department of Chemistry der University of Cambridge. 2026 erhielt er den EFCE Excellence Award in Crystallization der European Federation of Chemical Engineering, mit dem die beste europäische Dissertation auf dem Gebiet der Kristallisation ausgezeichnet wird.