Hydrogele

Gelatine-basiertes kovalent vernetztes Hydrogel.
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Gelatine-basiertes kovalent vernetztes Hydrogel.

Wir entwickeln Materialien, die im biologischen Milieu als Hydrogel eine bestimmte Funktion erfüllen können. Als Ausgangsstoffe dienen biologische Moleküle oder synthetische Polymere.

Bei einem Hydrogel handelt es sich um ein wasserenthaltendes und gleichzeitig wasserunlösliches Polymer. Das Polymer kann natürlichen Ursprungs, wie beispielsweise Gelatine, oder auch künstlichen Ursprungs, sein. Hier seien beispielhaft Polaxamere, Blockpolymere aus Ethylenoxid und Propylenoxid, genannt. Hydrogelmoleküle sind chemisch zu dreidimensionalen Netzwerken verbunden, so zum Beispiel durch ionische oder kovalente Bindungen oder Verschlaufungen der Polymerketten. In Wasser quellen sie aufgrund einer eingebauten und hydrophilen Polymerkomponente auf und erhalten so eine hohe Volumenzunahme. In manchen Gelen kommt es bis zu 90 Prozent Wassergehalt.

Herstellung von Hydrogelen mittels UV-Vernetzung.
© Fraunhofer IGB
Herstellung von Hydrogelen mittels UV-Vernetzung.

Unser Know-how in der Herstellung von synthetischen Polymeren für die Hydrogelherstellung umfasst alle Polymerisationsverfahren wie radikalische, ionische und Stufenwachstumspolymerisation. Ebenso nutzen wir bestehende Biomaterialien, welche je nach Anwendung funktionalisiert werden. So arbeiten wir beispielsweise mit folgenden Materialien:

  • Gelatine
  • Chitosan
  • Hyaluronsäure
  • Alginate
  • Synthetische Hydrogele, z. B. auf Basis von Polyethylenglykol

Anpassung der Eigenschaften von Hydrogelen

Biomaterialien wie Gelatine oder Chitosan setzen wir durch polymeranaloge Reaktion zu neuen passgenauen Hydrogelen um. So führen wir funktionelle Gruppen in die Basismaterialien ein und passen deren Eigenschaften an die jeweiligen Anforderungen an. Wir verwenden dabei chemische Vernetzungstechnologien zum Aufbau von gewebeähnlichen Hydrogelen. Durch die kontrollierte Vernetzung erhalten wir Hydrogele mit einstellbaren mechanischen und biologischen Eigenschaften.

Für den Aufbau von Hydrogelen aus synthetischen Polymeren wird häufig Polyethylenglykol als nicht toxisches, nicht immunogenes, hydrophiles und hochelastisches Material verwendet. Am Fraunhofer IGB wurde ein neuartiges PEG-Derivat synthetisiert, welches an jeder Wiederholungseinheit eine vernetzbare Thiolgruppe enthält welche z. B. mittels Michael-Addition vernetzt werden kann. Darüber lassen dich die Eigenschaften des Hydrogels wie Quellbarkeit und mechanische Stabilität ganz einfach über das Verhältnis der Reagenzien einstellen.

Biopolymer-Hydrogele unterschiedlicher Zusammensetzung als Gewebematrices mit einstellbaren biologischen und mechanischen Eigenschaften.
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Biopolymer-Hydrogele unterschiedlicher Zusammensetzung als Gewebematrices mit einstellbaren biologischen und mechanischen Eigenschaften.

Anwendungen für Hydrogele

Hydrogele spielen für eine beträchtliche Anzahl von biotechnischen Entwicklungen oder Anwendungen in der Medizin eine Rolle.

  • Medizinprodukte, z. B. Membranen, Fasern und Vliese
  • Textilbeschichtung
  • Biofunktionale Partikel
  • Implantatentwicklung
  • Wirkstofffreisetzung
  • Biosensorik
  • Tissue Engineering

Weitere Informationen

 

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