{"id":177984,"date":"2026-07-02T07:26:00","date_gmt":"2026-07-02T05:26:00","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=177984"},"modified":"2026-06-27T14:21:59","modified_gmt":"2026-06-27T12:21:59","slug":"masgeschneiderte-funktionalisierte-gelatine-reproduzierbar-hergestellt","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/masgeschneiderte-funktionalisierte-gelatine-reproduzierbar-hergestellt\/","title":{"rendered":"Ma\u00dfgeschneiderte funktionalisierte Gelatine \u2013 reproduzierbar hergestellt"},"content":{"rendered":"\n\n
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\"Im<\/a>
Im 1-Liter-Reaktor k\u00f6nnen in einem Ansatz 100 Gramm modifizierte Gelatine reproduzierbar und mit absolut konsistenter Qualit\u00e4t hergestellt werden. \u00a9 Fraunhofer IGB<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n

Gelatine ist ein vielseitig einsetzbares nat\u00fcrliches Material. Um seine Eigenschaften gezielt an die Anforderungen unterschiedlicher Anwendungen in Medizin, Diagnostik und Kosmetik anzupassen, hat das Fraunhofer-Institut f\u00fcr Grenzfl\u00e4chen- und Bioverfahrenstechnik IGB eine Toolbox f\u00fcr chemische Funktionalisierungen entwickelt. Mithilfe automatisierter Prozesse k\u00f6nnen die Modifikationen nun unter definierten Bedingungen skaliert und reproduzierbare Qualit\u00e4ten modifizierter Gelatine im Gramm- bis hin zum Kilogramm-Ma\u00dfstab f\u00fcr Bemusterungen hergestellt werden.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Gelatine h\u00e4lt nicht nur Gummib\u00e4rchen, Sahnepuddings und Weichkapseln in Form. Aufgrund seiner F\u00e4higkeit, durchgehende und mechanisch stabile Filme zu bilden, ist das Biopolymer auch f\u00fcr Beschichtungen gefragt, etwa von Textilien, Papier oder fotografischen Filmen, in denen Gelatine als Tr\u00e4ger von Pigmenten und Chemikalien fungiert. Das nat\u00fcrliche Protein ist zudem sehr gut biokompatibel, sodass es sich auch f\u00fcr Anwendungen in Kosmetik und Medizin eignet, etwa als Tr\u00e4ger f\u00fcr Wirk- und Farbstoffe oder als quellf\u00e4hige Wundauflage.<\/p>\n\n\n\n

H\u00e4ufig ist es jedoch notwendig, die Materialeigenschaften gezielt anzupassen, beispielsweise f\u00fcr den Einsatz im 3D-Bioprinting. So ist Gelatine aufgrund ihres temperaturabh\u00e4ngigen Gelierverhaltens erst bei h\u00f6heren Temperaturen flie\u00dff\u00e4hig, verliert jedoch unter physiologischen Bedingungen an Formstabilit\u00e4t. F\u00fcr diese F\u00e4lle optimiert das Fraunhofer-Institut f\u00fcr Grenzfl\u00e4chen- und Bioverfahrenstechnik IGB die Eigenschaften von Gelatine anforderungsspezifisch mithilfe chemischer Modifizierungsreaktionen.<\/p>\n\n\n\n

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\u00bbF\u00fcr den Einsatz im Bioprinting modifizieren wir Gelatine so, dass wir sowohl die Eigenschaften der Biotinte als auch die strukturelle Stabilit\u00e4t nach dem Druck gezielt einstellen k\u00f6nnen\u00ab, erkl\u00e4rt Dr. Achim Weber, Bereichsleiter Biofabrikation und Materialentwicklung am Fraunhofer IGB.<\/strong><\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n

Neben dem Gel- und Schmelzpunkt und damit dem Gelierverhalten k\u00f6nnen auch die Viskosit\u00e4t, die L\u00f6slichkeit oder die Ladung des Biopolymers an die jeweils gew\u00fcnschte Anwendung angepasst werden.<\/p>\n\n\n\n

Ein Baukasten f\u00fcr Funktionalisierungen nach Ma\u00df<\/h3>\n\n\n\n

Im Beispiel des Bioprinting greifen die Forschenden bevorzugt darauf zur\u00fcck, Gelatine durch Umsetzung mit Methacryls\u00e4ureanhydrid fotovernetzbar zu machen. <\/p>\n\n\n

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\"UV-Vernetzung<\/a>
UV-Vernetzung eines gedruckten Hydrogels aus methacrylierter Gelatine \u00a9 Fraunhofer IGB<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n
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\u00bbDie methacrylierte Gelatine vereint die biologische Vertr\u00e4glichkeit von Gelatine mit der Eigenschaft, unter UV-Licht auszuh\u00e4rten\u00ab, erkl\u00e4rt Melanie Dettling,<\/strong> die die chemischen Modifizierungen im Labor durchf\u00fchrt und \u00fcberwacht. <\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n

Sobald die modifizierte Gelatine nach dem Druckprozess \u2013 unter Zuhilfenahme eines Photoinitiators \u2013 mit UV-Licht bestrahlt wird, vernetzt sie sich zu einem festen Hydrogel. Das Material imitiert in diesem Fall die k\u00f6rpereigene extrazellul\u00e4re Matrix (ECM) der Zellen und unterst\u00fctzt als strukturgebendes Ger\u00fcst deren Adh\u00e4sion, Wachstum und Differenzierung, sodass sich neues Gewebe bilden kann.<\/p>\n\n\n\n

Eine derartig modifizierte Gelatine kam im EU-Projekt TriAnkle<\/a> zum Einsatz, zusammen mit Kollagen und modifiziertem Kollagen. Die Biomaterialien dienten hier als individualisiertes Tr\u00e4gersystem f\u00fcr Zellen und Wachstumsfaktoren. Pr\u00e4klinische Studien mit passgenauen Implantaten f\u00fcr Sprunggelenk-Defekte zeigten eine deutlich verbesserte Regeneration von Sehnen- und Knorpelgewebe, reduzierte Entz\u00fcndungsreaktionen und eine beschleunigte Heilung.<\/p>\n\n\n\n

Je nach gew\u00fcnschter Anwendung k\u00f6nnen auch andere Funktionalisierungen zum Ziel f\u00fchren. <\/p>\n\n\n\n

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\u00bbSo bringen wir beispielsweise Thiolgruppen in Biopolymere ein, um eine Vernetzung \u00fcber sogenannte Klick-Reaktionen zu erm\u00f6glichen\u00ab, erkl\u00e4rt Dettling. <\/strong><\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n

Die Vernetzung kann somit auf unterschiedliche Weise erfolgen \u2013 photochemisch mittels UV-Strahlung, thermisch oder durch chemische Reaktionen.<\/p>\n\n\n\n

Mithilfe ihres flexiblen Baukastens konnten die Forschenden auch die positive Ladung von Gelatine erh\u00f6hen. In einem Point-of-Care-Schnelltest wurden solch kationisierte Gelatinehydrogele erfolgreich eingesetzt, um zentrale Reaktionskomponenten einzubetten und die negativ geladenen Targetmolek\u00fcle zu immobilisieren.<\/p>\n\n\n\n

Automatisierter, standardisierter Prozess f\u00fcr konsistente Materialeigenschaften<\/h3>\n\n\n\n
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\"Automatisiertes<\/a>
Automatisiertes Reaktorsystem zur Skalierung der chemischen Modifizierung von Biopolymeren \u00a9 Fraunhofer IGB<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n

Um die Eigenschaften des optimierten Materials testen zu k\u00f6nnen, ben\u00f6tigen Partner aus Forschung und Industrie in der Regel gr\u00f6\u00dfere Mengen der funktionalisierten Biopolymere. F\u00fcr eine skalierbare und reproduzierbare Herstellung funktionalisierter Gelatine hat das Materialentwicklungsteam am Fraunhofer IGB nun neue Prozesse in automatisierten Reaktorsystemen etabliert.<\/p>\n\n\n\n

In den automatisierten Reaktoren werden alle relevanten Prozessparameter nach einem eigens definierten Standardprotokoll (SOP) systematisch erfasst und angepasst \u2013 von der Temperatur, dem Zufluss beispielsweise des Methacryls\u00e4ureanhydrids, \u00fcber den pH-Wert bis zur zudosierten Natronlauge. Dettling konnte zeigen, dass der resultierende Methacrylierungsgrad der Gelatine im 1-Liter-Reaktor sich linear zum Methacryls\u00e4ureanhydrid-\u00dcberschuss der Zuflussl\u00f6sung verh\u00e4lt \u2013 ein Befund, der sich bei der manuellen Herstellung im Kolben so nicht demonstrieren lie\u00df.<\/p>\n\n\n\n

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\u00bbIn unserem 1-Liter-Reaktor k\u00f6nnen wir nun 100 Gramm modifizierte Gelatine reproduzierbar und mit absolut konsistenter Qualit\u00e4t herstellen\u00ab, so Dettling. <\/strong><\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n

Derzeit \u00fcbertr\u00e4gt die angewandte Chemikerin die standardisierte Prozessf\u00fchrung auf Reaktoren mit Volumina von 5 und 10 Litern, um zu zeigen, dass die Materialeigenschaften auch bei der weiteren Skalierung reproduzierbar bleiben. In einem Batch-Ansatz kann dann bis zu einem Kilogramm funktionalisierter Gelatine hergestellt werden.\u00a0<\/p>\n\n\n\n

Vergleichbare Funktionalisierungen von Mustermengen<\/h3>\n\n\n\n
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\"Aufgereinigte<\/a>
Aufgereinigte und gefriergetrocknete methacrylierte Gelatine \u00a9 Fraunhofer IGB<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n

Die automatisierte Prozessf\u00fchrung erlaubt es, unterschiedliche chemische Funktionalisierungen unter standardisierten Prozessbedingungen umzusetzen und damit, die Effekte der Modifizierungen direkt miteinander zu vergleichen.<\/p>\n\n\n\n

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\u00bbUnterschiede der Materialeigenschaften k\u00f6nnen wir jetzt eindeutig der jeweiligen chemischen Modifikation zuordnen und ausschlie\u00dfen, dass sie auf variierende Herstellungsbedingungen zur\u00fcckzuf\u00fchren sind\u00ab, erkl\u00e4rt Dettling.<\/strong><\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n

Die hergestellten Materialien werden Unternehmen und Forschungspartnern f\u00fcr Bemusterungen zur Verf\u00fcgung gestellt. Diese k\u00f6nnen f\u00fcr ihre Produktentwicklungen die Materialeigenschaften testen, Anwendungen evaluieren oder Machbarkeitsstudien durchf\u00fchren, ohne eigene Entwicklungs- oder Skalierungsprozesse aufbauen zu m\u00fcssen.<\/p>\n\n\n\n

Breites Anwendungsspektrum f\u00fcr funktionalisierte biobasierte Polymere<\/h3>\n\n\n\n
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\u00bbModifizierte Gelatine eignet sich als Hydrogel, Tr\u00e4germaterial oder strukturgebende Komponente in biomedizinischen Systemen oder Personal-Care-Produkten ebenso wie f\u00fcr funktionelle Materialien und Beschichtungen, bei denen gezielte Wechselwirkungen, Barriere- oder Hafteigenschaften gefordert sind\u00ab, so Weber.<\/strong><\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n

Darunter fallen auch In-vitro-Testsysteme sowie mikrofluidische Diagnostikplattformen, die definierte, reproduzierbar herstellbare Materialien mit kontrollierten Oberfl\u00e4chen- oder Materialeigenschaften ben\u00f6tigen.<\/p>\n\n\n\n

Die am Fraunhofer IGB eingesetzten Prozesskonzepte sind nicht auf Gelatine beschr\u00e4nkt. Vielmehr k\u00f6nnen auch die Materialeigenschaften weiterer biobasierter Polymere, etwa Kollagen, Chitosan, Inulin und Hyalurons\u00e4ure, aufgrund ihrer guten chemischen Modifizierbarkeit gezielt eingestellt werden, ob zur Verkapselung f\u00fcr eine kontrollierte Freisetzung oder zur Beschichtung.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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