Achtung:

Sie haben Javascript deaktiviert!
Sie haben versucht eine Funktion zu nutzen, die nur mit Javascript möglich ist. Um sämtliche Funktionalitäten unserer Internetseite zu nutzen, aktivieren Sie bitte Javascript in Ihrem Browser.

Department Chemie
Biobased & Bioinspired Materials
Dr. Oliver Strube
Bildinformationen anzeigen

Unsere Projekte

Der gemeinsame Fokus unserer Forschungsprojekte ist die Verknüpfung von biologischen Motiven mit materialtechnischen Anwendungen. 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

Ein Schwerpunkt der Forschungen ist die von uns entwickelte Methode der Enzymmoderierten Adressierung. Diese Technologie ermöglicht gezielte Partikelanordnungen, sowohl biologisch als auch synthetisch, durch den gezielten Einsatz enzymatischer Reaktionen.

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

Wir erforschen eine vollkommen neue Art des Materialdesigns auf Oberflächen: die Enzymmoderierte Adressierung -  eine innovative Methode hochpräziser Partikeladressierung auf Oberflächen durch enzymatische Reaktionen.

Der Schlüsselaspekt der Technologie ist die Begrenzung der Enzymaktivität auf die unmittelbare Nähe zur Substratoberfläche. Die Partikel werden somit nur an die enzymaktiven Stellen der Oberfläche adressiert. Das System ist als vollbiologischer Prozess oder im Sinne biomimetischer Abstraktion anwendbar und bietet einfache Durchführbarkeit und universelle Materialkompatibilität.

Biomaterialien aus Fibrin sind aufgrund ihrer hervorragende Biokompatibilität in Verbindung mit interessanten mechanischen Eigenschaften und Netzwerkbildung begehrt in der Medizintechnik. Zur Herstellung von Fibrin ist jedoch der Einsatz des Enzyms Thrombin notwendig, welches keinesfalls in die Blutbahn gelangen darf.

Um die Eigenschaften Fibrin-artiger Materie ohne Thromboserisiko zugänglich zu machen, erforschen wir Hydrogele auf Basis des Precursors Fibrinogen. Durch eine von uns neu entdeckte Technik kann eine Fibrin-analoge Vernetzung, ohne den Einsatz von Enzymen, erreicht werden.

Das natürliche Pigment Eumelanin besitzt herausragende, für Biopolymere einzigartige, Eigenschaften wie Paramagnetismus, Breitband-UV-Absorption oder Halbleiter-Charakter. Eine komplexe supramolekulare Struktur mit (zu) großen Endpartikeln erschwert jedoch die Anwendung.

Durch den Einsatz der enzymmoderierten Adressierung gelingt die Synthese spezifischer Zwischenstufen und somit konkurrenzlos kleiner Melaninpartikel bei gleichzeitig selektiver Abscheidung. Dies ermöglicht sowohl neue Erkenntnisse über den Aufbau als auch innovative Ansätze für Materialien.

Phosphor ist angesichts seiner zentralen Rolle für das Leben unverzichtbar und kann durch keinen anderen Stoff ersetzt werden. Phosphor ist jedoch eine endliche Ressource, die vorwiegend aus Phosphat-Erzen gedeckt wird, welche in wenigen Jahrzehnten aufgebraucht sein werden.

Unser Forschungsprojekt begegnet dieser Herausforderung mit einem bioinspirierten Ansatz - abstrahiert vom Phosphormanagement des Körpers. Hiermit können Phosphorverbindungen bei der Abwasseraufbereitung gezielt isoliert, in hochreine Phosphorsalze umgeformt und unmittelbar erneut in der Landwirtschaft eingesetzt werden.

Thermoplastische Faserverbundkunststoffe überzeugen durch eine unerreichte Wirtschaftlichkeit. Bedingt durch einen bisher notwendigen, separaten Kombinationsprozess von Thermoplast und Faser, entstehen jedoch gewichtige Nachteile, welche ihren Einsatz stark limitieren.

Um diese Schwächen zu adressieren, wurde in Kooperation mit dem Institut für Textiltechnik, Aachen (ITA) die TG-Faser, eine innovative Bikomponentenfaser, zur Erzeugung von Verbünden erforscht. Die TG-Faser basiert auf dem Prinzip fibrilärer Kompositmaterialien in der Natur und folgt somit dem Konzept der Bionik.

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. Basierend auf dem Prinzip der enzymmoderierten Adressierung ist eine in situ Erzeugung biologischer Klebeschichten möglich.

Hierbei werden zwei enzymfunktionalisierte Substrate in eine Dispersion getaucht und ohne weiteren Krafteinfluss durch abgesciedenens Material miteinander verklebt. Die enzymatische Reaktion stellt die alleinige Triebkraft bei dieser speziellen Art der Klebung dar.

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 ist eine hochinteressante Erweiterung. Dies wird jedoch durch die geringe Lebensdauer der Werkzeuge verhindert. Im Projekt Silimold entwickeln wir Silikonwerkzeuge mit deutlich gesteigerter Langlebigkeit.

 

Die Abstraktion der enzymmoderierten Adressierung 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 einen sehr hohen anorganischen Anteil auf. Die daraus resultiergenden, vielversprechenden mechanischen Eigenschaften können zudem beliebig durch den Einsatz unterschiedlicher Materialien variiert werden können. 

Biologische Beschichtungen sind heutzutage für zahlreiche Anmeldungen, besonders im Bereich der Medizintechnik oder als bioabbaubare Schichten, von herausragender Bedeutung. Ihre Herstellung ist jedoch bisher entweder nur mit geringer Kontrolle über die Filmbildung oder unter hohem Aufwand möglich.

Mittels des in innovativen Prozesses der enzymmoderierten Autophorese gelingt die ortsspezifische, kontrollierter Adressierung der filmbildenden, biologische Partikel zur definierten und einfachen Herstellung nanoskaliger Beschichtungen.
 

Gruppenleitung

Dr. Oliver Strube

Technische Chemie - Arbeitskreis Strube

Gruppenleiter

Oliver Strube
Telefon:
+49 5251 60-2133
Büro:
NW1.726
Web:

Die Universität der Informationsgesellschaft