Hydrogele als Matrix oder Freisetzungssystem

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.

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

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

Ein wichtiges Instrument zur Erkennung und Behandlung von Krankheiten, die durch Viren und Bakterien verursacht werden, ist deren schneller und sicherer Nachweis. Die Crux vieler Tests: Antigen-Schnelltests liefern schnell ein Ergebnis, jedoch mit großer Ungenauigkeit; PCR-Tests sind genauer, dauern dafür erheblich länger.

Unsere Entwicklung

Das Fraunhofer IGB hat im Verbund mit dem Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT und dem Fraunhofer Center for Manufacturing Innovation CMI in Boston (USA) im Projekt Omnitest eine gleichermaßen schnelle und genaue Alternative entwickelt. In unserem Lösungsansatz nutzen wir die sogenannte RT-LAMP-Technologie (reverse transcription loop-mediated isothermal amplification) zur schnellen Vervielfältigung der Viren- oder Bakterien-RNA für die anschließende Detektion. Der Clou: durch Kombination mit unserem patentierten, druckbaren Hydrogel wird der Test deutlich sensitiver und es können viele Erreger parallel detektiert werden (Multiplexing).

Vorteile und Technologiereife

Unsere Lösung zeichnet sich durch verschiedene Vorteile gegenüber den derzeitig verfügbaren Produkten aus:

• Schnelles und zugleich genaues Ergebnis
• Keine Probenpräparation erforderlich, wodurch Tests auch zu Hause durchgeführt werden könnten
• Druckprozess ermöglicht räumliches Multiplexing, sodass mit einer Untersuchung auf viele unterschiedliche Erreger getestet werden kann

Die Machbarkeit mit unserem Lösungsansatz wurde erfolgreich gezeigt (TRL 3-4). Nun steht die Optimierung des Sensor-Layouts und die Übertragung auf kostengünstige, skalierbare Produktionsverfahren an.

Zusammenarbeit

Da wir das System als Baukastensystem entwickelt haben, lässt es sich schnell an kundenspezifische Fragestellungen wie neue Pathogene anpassen. Bei Interesse an der gemeinsamen Weiterentwicklung zu einem marktreifen Produkt kommen Sie gerne auf uns zu.

Anwendungsbereiche sehen wir überall dort, wo schnell eine Information erforderlich ist, ob und mit welchen Pathogenen eine Person infiziert ist. Dies kann beispielsweise zur Eingangskontrolle in Bereichen mit erhöhter Ansteckungsgefahr (Krankenhäuser, Pflegeeinrichtungen) der Fall sein. Durch Anpassung des Erregerspektrums auf dem Sensor eignet dieser sich auch zur Überwachung von Mikroorganismen in der Umwelt, in der Lebensmittelproduktion oder zur Qualitätskontrolle in der Pharmaproduktion.

Eine Hauptfunktion unseres patentiertes Hydrogels liegt in der Stabilisierung von Biomolekülen (Proteine, Enzyme). Das Hydrogel bietet daher auch für die Entwicklung weiterer Produkte, z. B. anderer Test-Assays, Formulierungen oder Oberflächenmodifizierungen, große Vorteile.