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Department Chemie
Biobased & Bioinspired Materials
Dr. Oliver Strube
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Unsere Projekte

Der gemeinsame Fokus unserer Forschungsprojekte ist die Verknüpfung von biologischen Motiven mit materialtechnischen Anwendungen. Ein Schwerpunkt der Forschungen ist die von uns entwickelte Methode der Enzymmoderierten Autophorese.

Die Arbeiten gehen dabei stets über den Aspekt der reinen Nachhaltigkeit hinaus und betrachten vornehmlich bioinspirierte Funktionalität, speziell drei Aspekte:

  • Inhärente Funktionalität der Moleküle
  • Biomimetische Strukturen
  • Enzymatische Katalyse

Interessierte Studierende der Chemie oder Materialwissenschaften sind herzlich willkommen im Rahmen von Abschlussarbeiten oder als SHK an unseren Projekten mitzuwirken.

Wir erforschen eine grundlegend neue Methode der gezielten Abscheidung biologischer Partikel: die Enzymmoderierte Autophorese. In diesem Projekt werden Caseinbeschichtungen enzymkontrolliert erzeugt, was eine gezielte Strukturierung von Oberflächen im Nanometerbereich ermöglicht. Caseine sind Proteine mit besonders anspruchsvollen physikalischen und chemischen Eigenschaften und stellen hervorragende Filmbildner dar. Die enzymatische Spaltungsreaktion in der Käseherstellung diente als Inspirationsgrundlage für diesen innovativen Prozess.

Die Enzymmoderierte Autophorese kann neben der Spaltung von Partikeln auch zum in situ Aufbau neuer Partikel genutzt werden. Ein besonders vielversprechender Ansatz ist dabei die Bildung und gezielte Abscheidung von Melanin-Nanopartikeln. Besonders das Eumelanin besitzt herausragende, für Biopolymere einzigartige, Eigenschaften wie Paramagnetismus, Breitband-UV-Absorption oder Halbleiter-Charakter. Mithilfe der enzymmoderierten Autophorese gelingt die Synthese konkurrenzlos kleiner Melaninpartikel bei gleichzeitig selektiver Abscheidung. Neben Eumelanin wird auch das Phäomelanin untersucht.

Auch in klassischen Lacksystemen spielt der Einsatz biobasierter Rohstoffe eine immer größere Rolle. Von besonderem Interesse sind dabei Systeme, die nicht nur den Nachhaltigkeitsaspekt bedienen, sondern zudem die Eigenschaften des Lackes signifikant verbessern. Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung eines biobasierten Beschichtungsadditivs, welches die Beständigkeit gegen Kratzer und andere äußere Krafteinwirkungen erhöht. Dieses Additiv basiert auf speziellen, selbsthergestellten Bionanokompositen, die durch Anbindung an ein Bindemittelsystem ein besonderes Eigenschaftsfeld generieren.

Biobasierte und biokompatible Klebstoffe gewinnen in der Biosensorik sowie der modernen Medizin, besonders in der Implantologie, zunehmend an Bedeutung. Das System Casein/Chymosin eignet sich basierend auf dem Prinzip der enzymmoderierten Autophorese zur in situ Erzeugung biologischer Klebeschichten. Hierbei werden zwei enzymfunktionalisierte Substrate in eine Caseindispersion getaucht und ohne weiteren Krafteinfluss durch gespaltenes Protein miteinander verklebt. Die enzymatische Reaktion stellt die alleinige Triebkraft bei diesem Prozess dar und ermöglicht so eine neuartige Art der Klebung.

Die Abstraktion der enzymmoderierten Autophorese auf lamellare Partikel als Oberfläche ist mit besonderen Herausforderungen verbunden. Werden diese überwunden, lassen sich jedoch sehr gezielt Strukturen erzeugen, welche denen des Perlmutts ähneln. Das so erhaltene biomimetische Kompositmaterial weist dadurch interessante mechanische Eigenschaften auf, welche zudem beliebig durch den Einsatz unterschiedlicher Partikel variiert werden können. Anwendungsmöglichkeiten für dieses System finden sich zum Beispiel in innovativen Beschichtungssystemen oder Hybridwerkstoffen.

Silikonwerkzeuge für Vakuumgießprozesse sind eine beliebte Methode zur zeit- und kosteneffizienten Herstellung von Prototypen. Durch hohe Flexibilität und Abformgenauigkeit lässt sich ein beliebiges Urmodell so vielfach reproduzieren. Die Anwendung dieser Technik auf Kleinserien wäre eine hochinteressante Erweiterung. Dies wird jedoch durch die geringe Lebensdauer der Werkzeuge verhindert. Im Projekt Silimold entwickeln wir Silikonwerkzeuge mit deutlich gesteigerter Langlebigkeit.


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