Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGBDurch chemische Modifizierung passen wir Biopolymere, beispielsweise Gelatine, Chitosan oder Inulin, gezielt an die je nach Einsatzgebiet unterschiedlichen Bedürfnisse an. Durch das Anbringen verschiedenster chemischer Funktionen (z. B. Methacrylgruppen, Thiogruppen und Benzophenone) können wir Eigenschaften wie die Viskosität, die Löslichkeit oder auch die Ladung des Biopolymers zielführend verändern. Damit lassen sich Prozesse nachhaltiger und effizienter gestalten.
Modifizierbares Biopolymer (hier: Gelatine).
© Fraunhofer IGB
Modifizierte Biopolymere
Anwendungsspezifische Modifizierung von Biopolymeren für Beschichtungen, Verkapselung und 3D-Druck
Modifizierungsreaktion im 1L- Reaktor.
Durch das Anbringen vernetzbarer oder hydrophober Gruppen beispielweise erzeugen wir stabilere und unlöslichere Systeme, etwa für Drug‑Delivery‑Anwendungen (Verkapselung von Wirkstoffen mit modifiziertem Inulin) oder auch für funktionelle Beschichtungen (wasserabweisende Schichten auf Textilien mit modifiziertem Chitosan).
Auch für Druck- bzw. 3D‑Druckverfahren ist die Modifizierung von Biopolymeren interessant, da hierdurch unter anderem die Viskosität temperaturunabhängig angepasst werden kann.
Anpassung von Parametern für variable Modifizierungsgrade
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).
Eingesetzte Biopolymere
- Gelatine
- Chitosan
- Inulin
- Hyaluronsäure
- Chondroitinsulfat
Aufreinigung modifizierter Biopolymere über ein Tangentialflusssystem.
Aufreinigung der modifizierten Biopolymere
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.
Modifizierung vom Milligramm- bis Gramm-Maßstab
Zusätzlich können die Modifizierungen in verschiedenen Maßstäben durchgeführt werden, von wenigen Milligramm bis zu 100 Gramm, abhängig vom jeweiligen Biopolymer.
Chemische Modifizierung von Biopolymeren.
Anwendungen und Einsatzgebiete modifizierter Biopolymere
Gefriertrocknung modifizierter Biopolymere.
Drug-Delivery und Verkapselung
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.
3D-Druckverfahren
Auch für Druck bzw. 3D-Druckverfahren ist das Modifizieren von Biopolymeren interessant, da hierdurch unter anderem die Viskosität temperaturunabhängig angepasst werden kann.
Anwendungsbereiche im Überblick
- Wirkstofffreisetzung
- Verkapselung von Wirkstoffen
- Beschichtungen für Medizinprodukte
- Beschichtungen für Textilien
- Tinten und Formulierungen für das Bioprinting
- Biosensorik
- Diagnostik
- Beauty und Kosmetik