ChitoLogEn – Chitosanbasierte redoxaktive Hydrogele für die moderne Bioelektrosynthese

Herausforderung

Redoxaktive Polymere eignen sich als Plattform für bioelektrokatalytische Anwendungen, da sie als Matrices die Immobilisierung und effiziente elektrische Verbindung von Redoxenzymen mit Elektroden ermöglichen. Der Großteil der Synthese dieser redoxaktiven Polymere beruht jedoch auf der chemischen Modifikation von Polymerrückgraten auf Basis von fossilen Brennstoffen. ChitoLogEn erweitert die Synthese und Analyse redoxaktiver Polymere durch die Verwendung von Chitosan als biobasierte Polymerrückgrat-Alternative. ChitoLogEn nutzt dabei u. a. folgende Eigenschaften von Chitosan, welche es zu einem idealen Kandidaten für die Synthese redoxaktiver Polymere machen: chemische Funktionalitäten zur Derivatisierung, Biokompatibilität, Fähigkeit zur Filmbildung und biologische Abbaubarkeit.

Ziele und Vorhaben

Ziel der explorativen Phase von ChitoLogEn ist die Synthese und Charakterisierung einer Bibliothek neuer redoxaktiver Polymere auf Chitosan-Basis. Chitosan, ein Derivat des zweithäufigsten Polymers in der Natur – Chitin, wird als vielversprechender biobasierter Kandidat ausgewählt, der leicht mittels Klick-Chemie derivatisiert werden kann. Dabei wird ein breites Redoxpotenzialfenster angestrebt, das die Anwendung von ChitoLogEn in verschiedenen bioelektrochemischen Prozessen ermöglicht.

Wasserstoffoxidation (Energieumwandlung) und NADP⁺-Reduktion (Bioelektrosynthese) werden, nach der Synthese erster Materialien, erste Modellanwendungen des Projekts sein. 

Auswirkungen

ChitoLogEn zielt darauf ab, auf fossilen Brennstoffen basierende Redoxpolymere durch den Einsatz von Chitosan als biobasierte Alternative zu ersetzen. Das umfassende Anwendungsprofil von Redoxpolymeren in der Bioelektrokatalyse macht sie zu vielversprechenden Gerüsten für den Übergang zu einer biobasierteren Wirtschaft, in der Anwendungen in Biosensoren, zur erneuerbaren Stromerzeugung sowie in der Bioelektrosynthese wertvoller Chemikalien angestrebt werden können.