Durch Kombination von Kunststoffen mit Biobausteinen wie Peptiden, Enzymen oder Zuckermolekülen wollen Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Polymerforschung IAP und der BTU Cottbus-Senftenberg Polymermaterialien mit neuen Eigenschaften für verschiedenste Anwendungen entwickeln. In einer gemeinsamen Projektgruppe möchten sie vor allem deren technisch-industrielle Produktion ermöglichen. Das Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kultur des Landes Brandenburg unterstützt das Projekt mit 2,5 Millionen Euro. Die Laufzeit beträgt fünf Jahre.
Seit Jahrzehnten wird mit Erfolg daran gearbeitet, Materialien zusätzliche Eigenschaften zu verleihen. Schmutz- und wasserabweisende Autolacke oder Metalle mit Formgedächtnis sind vielleicht die berühmtesten Ergebnisse der Materialforschung in dieser Richtung. Sie sind gleichzeitig Ausdruck für den steigenden Bedarf an Materialien, die unterschiedliche Eigenschaften miteinander vereinen. Während man sich die Lotusbeschichtung noch von der Natur abgeschaut und nachgeahmt hat, baut man heute die biologische Funktionalität direkt in die Materialien ein. Dies ist Ziel der Fraunhofer-Projektgruppe »Biofunktionalisierung/Biologisierung von Polymermaterialien BioPol«, des Fraunhofer IAP am Standort Senftenberg der BTU, die jetzt im Juli 2018 ihre Arbeit aufgenommen hat.
Fraunhofer IAP und BTU Cottbus-Senftenberg bündeln Kompetenzen
Mit dem Verarbeitungstechnikum für Biopolymere auf dem BASF-Gelände in Schwarzheide, das das Fraunhofer IAP unter Leitung von Thomas Büsse seit 2013 in direkter Nachbarschaft zum Campus Senftenberg betreibt, sind nicht nur perfekte örtliche Voraussetzungen gegeben. Die Expertise, die das Fraunhofer IAP im Bereich der Integration biologischer und physikalisch-chemischer Materialfunktionen im Rahmen eines Fraunhofer-Leistungszentrums bereits gesammelt hat, soll durch die Kompetenzen von Prof. Dr. Klaus-Peter Stahmann in der Enzymherstellung, Prof. Dr. Katrin Scheibner auf dem Gebiet der Peroxygenasen und Prof. Dr. Katrin Salchert in der Biofunktionalisierung von Oberflächen ergänzt werden. Als Bindeglied beider Institutionen und auch als kommissarischer Leiter der Projektgruppe fungiert Prof. Dr. Johannes Ganster, der am Fraunhofer IAP den Forschungsbereich Biopolymere leitet und zudem an der BTU die gemeinsam berufene Professur Biopolymere und Kunststoffverarbeitung innehat.
Biomoleküle an der Oberfläche und im Volumen
Die Einsatzmöglichkeiten biologisierter Kunststoffe sind breit gefächert. »Der Einbau von Zuckermolekülen in Werkstoffe kann beispielsweise bewirken, dass Bakterien nicht mehr an der Oberfläche anhaften können. Simples Abwischen mit Wasser würde das Material wieder keimfrei machen«, sagt Prof. Johannes Ganster, der die Leitung der Projektgruppe bald an eine neue Juniorprofessur an der BTU übergeben wird. Aber die Forscherinnen und Forscher wollen noch mehr als biologisierte Oberflächen. Die Durchdringung des gesamten Polymermaterials soll verhindern, dass durch Oberflächenabnutzung auch die spezifische Wirksamkeit verloren geht. »Neben antimikrobiellen Proteinen wollen wir auch Biomoleküle, die die Haftung erhöhen oder wasser- beziehungsweise ölabweisend sind, mit Polymermaterialien vereinen. Auch mit enzymatisch aktiven Oberflächen oder Enzymen, die die Bioabbaubarkeit von Materialien ermöglichen oder verbessern, entstehen für die Industrie hochinteressante Produkte«, erklärt Dr. Ruben R. Rosencrantz, der in dem Projekt eng mit Prof. Ganster zusammenarbeitet.
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Die Fraunhofer-Forschergruppe bedient damit Bedarfe in der Wirtschaft, die langfristig dafür sorgen können, dass neben der Stärkung des Wissenschaftsstandorts auch die regionale Wirtschaft profitiert. Durch die kontinuierliche Einwerbung von Drittmitteln und die Entwicklung von marktreifen Technologien entstehen nicht nur neue hochqualifizierte Arbeitsplätze, sondern auch Perspektiven über die Braunkohleförderung hinaus.
Foto: Künftig könnten biologische Moleküle direkt in Kunststoffverpackungen eingearbeitet werden, um die Haltbarkeit von Lebensmitteln zu verlängern und gleichzeitig die Verpackung bioabbaubar zu machen. © Fraunhofer IAP, Foto: Till Budde
