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Biotech-Fasern nach Maß für verbesserte Wundauflagen

Wissenschaftler haben einen biotechnologischen Prozess etabliert, in dem Bakterien Alginat produzieren. Weil die Qualität reproduzierbar hoch ist, können daraus faserbasierte Medizinprodukte wie zum Beispiel Wundauflagen gefertigt werden.

Im Rahmen des Gemeinschaftsprojekts AlBioTex haben Forscher der Hohenstein Institute, der B.R.A.I.N. AG, der Rökona Textilwerk GmbH und der Kelheim Fibres GmbH die Entwicklung von Wundauflagen aus bakteriellem Alginat erfolgreich abgeschlossen. Die BIOPRO Baden-Württemberg hat das Projekt im Rahmen des Förderprogramms BioIndustrie 2021 mit initiiert und koordiniert. Durch die interdisziplinäre Zusammenarbeit der Forschungspartner ist es erstmals gelungen, den kompletten Produktions- und Verarbeitungsprozess von der biotechnologischen Herstellung der bakteriellen Alginate über die Faserproduktion bis hin zur Herstellung von Textilflächen abzubilden.

Ideal für Wundauflagen

Alginat ist biologisch sehr gut verträglich, kann große Mengen an Flüssigkeit, zum Beispiel Wundsekret, aufnehmen und hat heilungsfördernde Eigenschaften. Damit ist es geradezu ideal als Material für Wundverbände. Aufgebaut ist Alginat aus den glykosidisch verknüpften Monomeren Guluron- und Mannuronsäure. Das industrielle Anwendungsspektrum des Biopolymers wird durch die Abfolge und das Verhältnis dieser beiden Zuckerbausteine bestimmt.

Biotechnologisches Alginat hat viele Vorteile

Alginat wird aus Algen gewonnen, wie zum Beispiel dieser Braunalge der Gattung Macrocystis. © U.S. National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA)

Ein Problem von Alginat war bisher die große Streuung in den Werkstoffeigenschaften, denn Alginat wird normalerweise aus Braunalgen gewonnen. Weil die Umweltfaktoren an den vielen verschiedenen Ernteorten im Meer sehr unterschiedlich sind, variiert das aus Braunalgen gewonnene Alginat stark in den jeweiligen Anteilen seiner Zucker-Bausteine. Erst eine aufwändige Aufbereitung führt zu hochreinem und biochemisch definiertem Alginat, wie es beispielsweise für medizinische Anwendungen benötigt wird. Ein weiteres Problem liegt im Ernteprozess. Die Braunalgenernte geht mit großen ökologischen Belastungen einher, weil dabei der Meeresboden stark in Mitleidenschaft gezogen wird.

Die biotechnologische Alginatproduktion bietet mehrere Vorteile: Sie erzeugt Biopolymere mit definierten Eigenschaften und einer konstant hohen Qualität, sodass die Alginate für Medizinprodukte geeignet sind. Aufgrund der Laborproduktion sind wiederkehrende Eingriffe ins Ökosystem Meer hinfällig.

Bodenbakterium Azotobacter vinelandii als Produzent

Die Wissenschaftler nutzten das Bodenbakterium Azotobacter vinelandii als natürliche Alginat-Ressource. Die Kultivierung des Bodenbakteriums sowie der biotechnologische Herstellungs- und Isolationsprozess bakterieller Alginate konnten etabliert, optimiert und standardisiert werden. Es gelang, die Alginat-Biosynthese des Bakteriums und die Ausbeute an Alginat zu optimieren. Damit wurden auch die Zusammensetzung und somit die Eigenschaften des Alginats entscheidend verbessert. Die Forscher konnten schließlich über den biotechnologischen Prozess maßgeschneiderte Alginate herstellen, die sich besonders gut zur Faserproduktion für den Einsatz in Medizinprodukten eignen.

Biotechnologische Vliese und Wundauflagen überzeugen im Test

Aus einem biotechnologisch erzeugten Alginat will das Hohenstein Institut Wundauflagen herstellen. Die ersten Vliese sind bereits im Test. © BIOPRO

Auf einer Pilotanlage konnten die Projektpartner Alginatfasern sowie Alginat-Viskose-Fasern spinnen und diese anschließend zu innovativen Vliesstoffen und Wundauflagen verarbeiten. Bei Anwendungstests überzeugten die Wundauflagen aus biotechnologischem Alginat. Ihr Flüssigkeitsaufnahmevermögen war erheblich besser im Vergleich zu kommerziell verfügbaren herkömmlichen Alginat-Wundauflagen. Die biotechnologisch produzierten Wundauflagen nahmen bis zu 70 Prozent mehr Flüssigkeit auf.

Nun sollen bakteriell hergestellte Alginate vermehrt in die industrielle Produktion gebracht werden. Dazu sollen weitere potenzielle Anwendungsfelder dieses viel versprechenden Biotech-Polymers identifiziert und als künftige Absatzmärkte erschlossen werden.

Glossar

  • Bakterien sind mikroskopisch kleine, einzellige Lebewesen, die zu den Prokaryoten gehören.
  • Biotechnologie ist die Lehre aller Verfahren, die lebende Zellen oder Enzyme zur Stoffumwandlung und Stoffproduktion nutzen.
  • Ein Monomer ist die kleinste Moleküleinheit (Baustein) eines Oligomers bzw. Polymers.
  • Biochemie ist die Lehre von den chemischen Vorgängen in Lebewesen und liegt damit im Grenzbereich zwischen Chemie, Biologie und Physiologie.
  • Ein Polymer ist eine aus gleichartigen Einheiten aufgebaute kettenartige oder verzweigte chemische Verbindung. Die meisten Kunststoffe sind Polymere auf Kohlenstoffbasis.

Glossar

  • Bakterien sind mikroskopisch kleine, einzellige Lebewesen, die zu den Prokaryoten gehören.
  • Biotechnologie ist die Lehre aller Verfahren, die lebende Zellen oder Enzyme zur Stoffumwandlung und Stoffproduktion nutzen.
  • Ein Monomer ist die kleinste Moleküleinheit (Baustein) eines Oligomers bzw. Polymers.
  • Biochemie ist die Lehre von den chemischen Vorgängen in Lebewesen und liegt damit im Grenzbereich zwischen Chemie, Biologie und Physiologie.
  • Ein Polymer ist eine aus gleichartigen Einheiten aufgebaute kettenartige oder verzweigte chemische Verbindung. Die meisten Kunststoffe sind Polymere auf Kohlenstoffbasis.

Glossar

  • Bakterien sind mikroskopisch kleine, einzellige Lebewesen, die zu den Prokaryoten gehören.
  • Biotechnologie ist die Lehre aller Verfahren, die lebende Zellen oder Enzyme zur Stoffumwandlung und Stoffproduktion nutzen.
  • Ein Monomer ist die kleinste Moleküleinheit (Baustein) eines Oligomers bzw. Polymers.
  • Biochemie ist die Lehre von den chemischen Vorgängen in Lebewesen und liegt damit im Grenzbereich zwischen Chemie, Biologie und Physiologie.
  • Ein Polymer ist eine aus gleichartigen Einheiten aufgebaute kettenartige oder verzweigte chemische Verbindung. Die meisten Kunststoffe sind Polymere auf Kohlenstoffbasis.

Glossar

  • Bakterien sind mikroskopisch kleine, einzellige Lebewesen, die zu den Prokaryoten gehören.
  • Biotechnologie ist die Lehre aller Verfahren, die lebende Zellen oder Enzyme zur Stoffumwandlung und Stoffproduktion nutzen.
  • Ein Monomer ist die kleinste Moleküleinheit (Baustein) eines Oligomers bzw. Polymers.
  • Biochemie ist die Lehre von den chemischen Vorgängen in Lebewesen und liegt damit im Grenzbereich zwischen Chemie, Biologie und Physiologie.
  • Ein Polymer ist eine aus gleichartigen Einheiten aufgebaute kettenartige oder verzweigte chemische Verbindung. Die meisten Kunststoffe sind Polymere auf Kohlenstoffbasis.

Neue Anwendungsfelder in der Textiltechnik

Die Aussichten sind gut, denn der biotechnologische Prozess erleichtert es erheblich, die Materialeigenschaften präzise zu variieren. Unternehmen, die Interesse an biotechnologischen Alginatprodukten haben, können sich mit den Projektpartnern in Verbindung setzen. Eine Reihe möglicher Anwendungsfelder steht für eine Lizenzierung der Technologie zur Verfügung.

Seiten-Adresse: https://www.biooekonomie-bw.de/de/fachbeitrag/aktuell/biotech-fasern-nach-mass/