Abb. 2. Grundlegende Prinzipien zur Herstellung funktionaler Polysaccharidgele durch selektive Quervernetzung. Bild: AG Heinze Das Projekt befasst sich mit der Entwicklung von innovativen Hydro- und Aerogelen auf der Basis von Stärke, Cellulose und Hemicellulose. Diese Polysaccharide sind im Kontext der nachhaltigen Wertschöpfung nachwachsender Rohstoffe von großer Bedeutung für den deutschen Agrar-, Forst-, und Lebensmittelbereich. Unter Nutzung modularer Konzepte werden neuartige Polysaccharidderivate mit „komplementären“ reaktiven Gruppen synthetisiert. Diese reagieren mit hoher Effizienz, unter milden Reaktionsbedingungen (z.B. in Wasser) und chemoselektiv (ausschließlich mit dem entsprechenden „komplementären Gegenpart“). Dieses Prinzip wird genutzt, um die Biopolymere zu definierten 3D-Gel-Netzwerken zu verknüpfen (Abb. 2). Gleichzeitig können weitere FunktionaliFunPolyGel — Herstellung funktionaler Polysaccharidgele unter Anwendung selektiver Synthesemethoden täten eingeführt werden, die für Anwendungen erforderlich sind. Durch selektive Vernetzung reaktiver Polysaccharidderivate in Wasser sollen Hydrogele hergestellt werden. Diese können entweder direkt für bestimmte Anwendung genutzt oder durch geeignete Trocknungsmethoden in Aerogele überführt werden. Das modulare Synthesekonzept bietet viele Möglichkeiten, die Materialeigenschaften gezielt zu variieren. Es werden umfassende Struktur-Eigenschafts-Beziehungen erarbeitet, die die Grundlage für ein rationales Materialdesign bilden. Die maßgeschneiderten Hydrogel- und Aerogelmaterialien werden für spezifische Anwendungen in den Bereichen Biomedizin, Umwelt- und Agrartechnik entwickelt. Dazu werden grundlegende Aspekte wie die Wirkstoffbeladung/ -freisetzung, selektive Schadstoffaufnahme, Wasser-/ Nährstoffspeicherung sowie grundlegende biologische Eigenschaften (Biokompatibilität, Bioabbaubarkeit) untersucht. [3] Gabriel, L., Gericke, M., Heinze, T. (2019): Modular synthesis of non-charged and ionic xylan carbamate derivatives from xylan carbonates. Carbohydrate Polymers, DOI: 10.1016/j.carbpol.2018.12.012. 3D-Drucken von biokompatiblen Cellulose-Formkörpern mit komplexen Strukturen Ziel der von der Thüringer Aufbaubank geförderten Forschergruppe ist es, biobasierte 3D-Formkörper bestehend aus unmodifizierter Cellulose herzustellen. Die Materialien sollen eine ausgezeichnete Biokompatibilität aufweisen und als Implantat und künstliche Haut und Gewebe in der Medizin Anwendung finden. Um eine hohe Detailgenauigkeit zu erreichen, werden 3D-Druckverfahren genutzt. Der innovative Kern der Grundlagenforschung besteht darin, dass thermoplastische Cellulosederivate für den 3D-Druck genutzt werden, die sich zu Cellulose regenerieren lassen (Abb. 3). Auf diesem Weg lassen sich im Vergleich zur herkömmlichen Umformung von Cellulose komplexe Strukturen und somit personalisierte Biomaterialien generieren. Es werden Struktur-Eigenschafts-Beziehungen abgeleitet, die die Basis für ein effektives Design biokompatibler Cellulose-3D-Formkörper sind. [4] Grünler, B., Heft, A., Homuth, M., Heinze, T., Liebert, T. (2009): Verfahren zur Herstellung eines Klebers und Verwendung eines Polysaccharidesters. US 2011/0180760 B2. Abb. 3. Anwendung thermoplastischer Cellulosederivate zur Herstellung von Formkörpern aus Cellulose mittels 3D-Druck. Bild: AG Heinze FORSCHUNG — 63
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