FORSCHUNG — 83 Abb. 2. Pektin als Ausgangspunkt neuer Materialien. Bild: H. Würfel. Im Projekt geht es um die effiziente chemische Umwandlung von Pektin in Produkte für pharmazeutische und medizinische Anwendungen. Der Ballaststoff Pektin wird fast ausschließlich in der Lebensmitteltechnologie eingesetzt und kann durch ein effizientes heterogenes Verfahren zu einem nucleophilen Funktionsmaterial umgesetzt werden [3]. Dieses Pektinderivat reagiert mit Aldehyden und Ketonen bei Raumtemperatur und in Gegenwart von Wasser. Hieraus ergeben sich zahlreiche Möglichkeiten, dieses Pektinderivat als Plattform-Polysaccharid für weitere Funktionalisierungen einzusetzen: − Kovalente Anbindung von Wirkstoffmolekülen mit gezielter Wirkstofffreisetzung [4] − Synthese von kovalent vernetzten, selbstheilenden Hydrogelen (Abb. 2) [5] Weiter zeigte sich, dass neue Lösungsmittelsysteme für eine homogene Umsetzung von Pektinen benötigt werden, um effiziente chemische Modifizierungen durchführen zu können. Klassische Lösungsmittel wie Wasser oder Ionische Flüssigkeiten eignen sich hier nur sehr eingeschränkt. Es konnte gezeigt werden, dass die Polysaccharidderivate durch Protonierung der Säurefunktion bei erhöhten Temperaturen in Dimethylsulfoxid Pektinhydrazid als Plattform für das modulare Struktur- und Eigenschaftsdesign von biobasierten und nachhaltigen Materialien und Funktionspolymeren (PekSEMF) löslich sind. Diese Löslichkeit kann besonders in der NMR-Spektroskopie zur gezielten Analyse dieser Pektinderivate herangezogen werden [6]. [3] Würfel H., Geitel K., Heinze T. (2021): Efficient heterogeneous synthesis of reactive polygalacturonic acid hydrazides. Carbohydrate Polymers, 10.1016/j.carbpol.2021.117838. [4] Würfel H. Geitel K., Günther W., Anufriev I. Schubert U. S., Nischang I., Heinze, T. (2022) Macromolecular Chemistry and Physics, 10.1002/ macp.202200241. [5] Würfel H., Atmani Z., Gericke M., Heinze, T. (2025): Homogeneous synthesis of polygalacturonic acid acetoacetates: the starting point for all-polysaccharide-based living networks. Cellulose, 10.1007/s10570024-06335-4. [6] Würfel H., Heinze T. (2025): Acidic dimethyl sulfoxide: A solvent system for the fast dissolution of pectin derivatives suitable for subsequent modification . Carbohydrate Polymers, 10.1016/ j.carbpol.2024.122872. Herstellung funktionaler Polysaccharidgele unter Anwendung selektiver Synthesemethoden (FunPolyGel) Im Rahmen dieses Projekts wurden funktionale Hydrogele und Aerogele auf Basis nachwachsender Rohstoffe entwickelt. Die Forschungsaktivitäten kombinierten innovative Ansätze der Polysaccharidchemie und Biomaterialentwicklung, um nachhaltige Materialien mit maßgeschneiderten Eigenschaften zu erzeugen. Ein modularer Syntheseansatz ermöglichte die gezielte chemische Derivatisierung nativer Polysaccharide (Cellulose, Hemicellulose, Stärke). Im Speziellen wurden hierzu reaktive „Click-Chemie“-Gruppen sowie löslichkeitsvermittelnde Einheiten eingeführt. Struktur-Eigenschafts-Beziehungen wurden dabei systematisch untersucht, um ein rationales Materialdesign zu realisieren (Abb. 3). Durch selektive Quervernetzung der Biopolymerderivate unter milden Bedingungen konnten Polysaccharidgele mit definierter 3D-Morphologie hergestellt werden. Verschiedene Vernetzungsreaktionen (Azid-Alkin-, Diels-Alder-, Thiol-EnReaktionen) wurden etabliert und hinsichtlich ihrer Reaktionskinetik analysiert. Dies erlaubte eine gezielte Einstellung der Eigenschaften wie mechanische Stabilität, Quellvermögen und Wirkstofffreisetzung. Zusätzlich wurden nanoskalige Gele durch Kombination von temperaturinduzierter Selbstanordnung und selektiver Quervernetzung erhalten. Diese Biomaterialien bieten vielversprechende Anwendungsmöglichkeiten in der Biomedizin (Wirkstofffreisetzung, 3D-Biodruck) sowie in der Umwelt- und Agrartechnik (selektive Schadstoffaufnahme, Wasser- und Nährstoffspeicherung). Abb. 3. Grundlegende Prinzipien zur Herstellung funktionaler Polysaccharidgele. Bild: M. Gericke.
RkJQdWJsaXNoZXIy OTI3Njg=