Modifizierung von Biopolymeren

Durch chemische Modifizierung passen wir Biopolymere, wie Gelatine, Chitosan oder Inulin, gezielt an unterschiedliche Bedürfnisse an. Durch das Anbringen verschiedenster chemischer Funktionen, wie Methacrylgruppen, Thiogruppen und Benzophenone, können wir somit zum Beispiel die Viskosität, die Löslichkeit oder die Ladung des Biopolymers zielführend verändern, wodurch Prozesse nachhaltiger und effizienter gestaltet werden können.

Modifizierungsreaktion im 1L- Reaktor.
© Fraunhofer IGB
Modifizierungsreaktion im 1L- Reaktor.

Modifizierungsverfahren

Um eine optimale Umsetzung und variable Modifizierungsgrade der Biopolymere zu erreichen, können verschiedene Parameter bei der Modifizierung beliebig angepasst werden, wie beispielsweise die Temperatur, der pH-Wert durch die Verwendung eines Puffers oder eines Titrators oder auch die Dosierung der Reagenzien. Des Weiteren nutzen wir die Möglichkeit der Modifizierung unter Schutzgas oder Vakuum (bei sauerstoffempfindlichen Reagenzien) oder auch unter UV‑Ausschluss (bei lichtempfindlichen Reagenzien).

Aufreinigung modifizierter Biopolymere über ein Tangentialflusssystem.
© Fraunhofer IGB
Aufreinigung modifizierter Biopolymere über ein Tangentialflusssystem.

Verschiedene Aufreinigungsmöglichkeiten, wie die Dialyse oder die Tangentialflussfiltration garantieren, des Weiteren eine zügige Eliminierung unerwünschter Verunreinigungen im Produkt. Temperaturarme Trocknungsverfahren wie die Gefriertrocknung oder die Sprühtrocknung sorgen dabei für eine schonende Trocknung der modifizierten Biopolymere und ermöglichen den Erhalt des Produkts in verschiedenen Formen, z. B. als Pulver.

Zusätzlich können die Modifizierungen in verschiedenen Maßstäben durchgeführt werden, von wenigen Milligramm bis zu 100 Gramm, abhängig vom jeweiligen Biopolymer.

Gefriertrocknung modifizierter Biopolymere.
© Fraunhofer IGB
Gefriertrocknung modifizierter Biopolymere.

Anwendungen

Durch das Anbringen vernetzbarer oder hydrophober Gruppen beispielweise können stabilere und unlöslichere Systeme erzeugt werden, etwa für Drug-Delivery-Systeme wie der Verkapselung von Wirkstoffen mit modifiziertem Inulin oder auch für funktionelle Beschichtungen wie wasserabweisenden Schichten auf Textilien mit modifiziertem Chitosan. Auch für Druck bzw. 3D-Druckverfahren ist das Modifizieren von Biopolymeren interessant, da hierdurch unter anderem die Viskosität temperaturunabhängig angepasst werden kann.

 

Februar 2021 – Januar 2024

ExpandChi

Erweiterung der Einsatzmöglichkeiten nachwachsender Rohstoffe in der Textilveredelung auf Basis des Biopolymers Chitosan

In einem vom Fraunhofer IGB koordinierten Projekt wurde erfolgreich gezeigt, wie Textilien mithilfe von Chitosan in Kombination mit biobasierten hydrophoben Molekülen ausgerüstet werden können – als umweltfreundliche Alternative zu perfluorierten Chemikalien. Diese Innovation könnte PFAS-Ausrüstungen mit geringeren Anforderungen ersetzen. Die entwickelten Formulierungen wurde bereits erfolgreich auf verschiedene Materialien adaptiert, darunter Papier und Pappe.

 

August 2017 – Januar 2021

Hydrofichi

Chitosan-basierte hydrophobe und schmutzabweisende Veredlung von Textilien zur Substitution von perfluorierten Chemikalien (PFCs)

Das Ziel von Hydrofichi ist die Modifikation textiler Oberflächen mittels nachwachsender Rohstoffe, um bisher eingesetzte umweltschädliche und toxische Agenzien zu ersetzen. Hierzu wird eine Chitosan-basierte hydrophobe Veredlung von Textilien entwickelt.

 

 

Januar 2017 – Dezember 2019

Dyna-Implant

Personalisierte orthopädische Implantate durch biomechanische Stimulierung von hybriden Materialien

Insbesondere aufgrund des demographischen Wandels nehmen Verletzungen oder altersbedingte Degeneration von Knorpelgewebe zu. Daraus ergibt sich ein großer Bedarf an personalisierten Therapien. Eine Lösung bietet die Herstellung von individuellen Knorpelimplantaten mithilfe additiver Verfahren. Für diesen Zweck entwickelt das Fraunhofer IGB gelatinebasierte hybride Hydrogele, welche die natürliche Gewebeumgebung von Knorpelzellen nachbilden und so die Biofunktionalität und Matrixproduktion der Zellen begünstigen.

 

November 2011 – Oktober 2015

ArtiVasc 3D

Künstliche, vaskularisierte Trägersysteme für eine 3D-Gewebe-Neubildung

Mehrlagiger Zellschichten, die über ein Versorgungssystem mit Nährstoffen versorgt werden können, ist eine bislang ungelöste Herausforderung in der regenerativen Medizin.

 

Leistungszentrum Mass Personalization