Forschungsgruppe Spinnverfahren

Forschungsgruppe "Materialverarbeitung"

Abbildung 1: Prozesskette der Materialentwicklung

Forschungsprojekt:

Ein weiterer Forschungsschwerpunkt von mir ist die kontrollierte Herstellung von Mikrokapseln aus Spinnenseidenproteinen. Ziel meiner Arbeit soll sein, Medikamente oder auch spezielle Zellen in diese Kapseln einzuschließen und dabei die gezielte Freisetzung von Wirkstoffen („targeted drug delivery“) im Organismus zu gewährleisten.

Forschungsprojekt:

stephan.jokisch(.at.)bm.uni-bayreuth.de

Forschungsprojekt:

david.keerl(.at.)bm.uni-bayreuth.de

Forschungsprojekt:

Abbildung 2: Schema des biomimetischen Spinn-prozesses

gregor.lang(.at.)bm.uni-bayreuth.de

Forschungsprojekt:

Verfahren zur Verarbeitung von Seidenproteinen

Folgende in der Industrie etablierte Verfahren zur Verarbeitung von Polymeren kommen derzeit bei uns für die Prozessierung der rekombinant hergestellten Proteine zur Anwendung und werden optimiert:

- Elektrospinnen: Bei diesem Prozess wird die Faserbildung durch elektro-statische Kräfte kontrolliert. Elektrospinnen erlaubt als einziges Verfahren die Produktion von kontinuierlichen Fasern mit Durchmessern von bis zu wenigen Nanometern. Wir untersuchen, wie sich Vliesstoffe aus Strukturproteinen herstellen lassen, die beispielsweise in der Medizintechnik als Wundabdeckungen bzw. Hautersatz oder als Filtrationsgewebe verwendet werden können.

- Nass- und Trockenspinnverfahren: Diese Verfahren eignen sich zur Herstellung von dickeren Fasern in der Größenordnung von 10µm bis 40µm. Während beim Nassspinnen eine Polymerlösung in einem Agglomerationsbad extrudiert und dann als ausgefallene Faser abgezogen wird, kann beim Trockenspinnen die Faser einfach nach Verdampfung des Lösungsmittel, z.B. durch heiße Luftzufuhr, abgezogen werden. Ziel ist es, aus verschiedenen Biopolymeren bzw. Polymer-gemischen Fasern für die Anwendung in der Textilindustrie, in Biosensoren oder in der Medizintechnik zur Wundversorgung oder Geweberekonstruktion zu entwickeln.

- Tauchbeschichten: Tauchbeschichtungsverfahren können zur Herstellung möglichst robuster, flexibler und funktioneller Oberflächenbeschichtungen herangezogen werden. Dabei werden unter definierten Bedingungen aus in Lösung befindlichen Proteinen Schichten in variabler Anzahl und Dicke an der Oberfläche des Substrates angelagert. Ziel ist es, neben biokompatiblen, entzündungs- und fibrosehemmenden Beschichtungen für Biomaterialien auch mechanisch robuste und beständige Beschichtungen für z.B. den Maschinen- und Anlagenbau zu entwickeln.

anja.lauterbach(.at.)bm.uni-bayreuth.de

Forschungsprojekt:

Forschungsschwerpunkt 1: Optimierung und Up-Scaling des Reinigungspro-zesses biotechnologisch hergestellter Spinnenseidenproteine

Reinheit und Ausbeute sind zwei gegenläufige Faktoren bei der Reinigung re-kombinant hergestellter Proteine. Das Ziel ist es, eine möglichst hohe Ausbeute bei gleichbleibender Reinheit zu erreichen. Hierfür werden die Einflussfaktoren auf Ausbeute und Reinheit der einzelnen Produktionsschritte für die verschie-denen Spinnenseidenproteine des Lehrstuhls untersucht.

Forschungsschwerpunkt 2: Vergleich der Wirtschaftlichkeit (inkl. Ökobilanz) des biotechnologischen Prozesses zur Herstellung von Spinnenseidenproteinen und daraus abgeleiteten Fasermaterialien für die Textilindustrie mit Herstellungs-prozessen herkömmlicher Ausgangsprodukte

Forschungsschwerpunkt 3: Etablierung von elektrogesponnenen Spinnenseiden-Vliesstoffen für Filteranwendungen

Filter mit elektrogesponnenen Vliesen zeichnen sich durch einen geringen Druckverlust bei hoher Filtereffizienz aus. Elektrogesponnene Materialien als Filterstoff haben sich jedoch nur begrenzt durchsetzen können, weil die Befürch-tung besteht, dass sich die nanoskaligen Fasern aus dem Filter lösen und so vom menschlichen Organismus aufgenommen werden könnten. Bei Seide besteht nach derzeitigem Kenntnisstand keine Gefahr für den Nutzer der Filter. Ziel ist es, geeignete Proteine und Blends sowie deren Verarbeitungsparameter für effiziente Filteranwendungen mit geringen Porengrößen, hohen Abscheideraten und ge-ringem Volumenstromabfall zu etablieren.

Forschungsprojekt:

stefanie.wohlrab(.at.)bm.uni-bayreuth.de

Under construction


	Claudia Blüm (Dipl. Biol)
	0921-55 7335
	claudia.bluem(.at.)bm.uni-bayreuth.de
Forschungsprojekt:
Herstellung, Charakterisierung und Optimierung von Vliesen und Mikrokapseln aus Spinnenseide Spinnenseiden mit ihren besonderen mechanischen Eigenschaften, ihrer Biokompatibilität, Abbaubarkeit sowie Nicht-Immunogenität eignet sich hervorragend zum Einsatz im biomedizinischen Bereich, z.B. als Wundauflage. In meinem besonderen Fokus liegt hierbei die biotechnologische Herstellung von Vliesen. Ein weiterer Forschungsschwerpunkt von mir ist die kontrollierte Herstellung von Mikrokapseln aus Spinnenseidenproteinen. Ziel meiner Arbeit soll sein, Medikamente oder auch spezielle Zellen in diese Kapseln einzuschließen und dabei die gezielte Freisetzung von Wirkstoffen („targeted drug delivery“) im Organismus zu gewährleisten.


	Elena Doblhofer (M.Sc.)
	0921-55 7349
	elena.doblhofer(.at.)bm.uni-bayreuth.de
Forschungsprojekt:
Under construction


	Stephan Jokisch (M.Sc.)
	0921-55 4625
	stephan.jokisch(.at.)bm.uni-bayreuth.de
Forschungsprojekt:
Under construction


	David Keerl (Dipl. Ing.)
	0921-55 4625
	david.keerl(.at.)bm.uni-bayreuth.de
Forschungsprojekt:
Bionischer Spinnprozess zur industriellen Herstellung von Spinnenfäden Die Assemblierung von Spinnenseide läuft unter kontrollierten physikochemischen Bedingungen ab. Der natürliche Spinnprozess ist ein komplexes Zusammenspiel von Ionenaustausch, pH-Wert Senkung, Aufkonzentrierung (und somit auch Viskositätserhöhung) der Proteinlösung durch Wasserentzug, Elongationsfluss und mechanischem Zug am Ende des Spinnkanals. Die mechanischen Eigenschaften der Fäden hängen zum Großteil von der Molekülorientierung (beeinflusst durch die Spinngeschwindigkeit) ab, da die globale Ausrichtung der kristallinen Regionen auf der Größe und Dauer der aufgewendeten Kraft und dem Wassergehalt (Superkontraktion) beruht. Gegenwärtig wird am Lehrstuhl ein bionisch-technischer Spinnprozess entwickelt, der es ermöglicht, Fasern aus wässriger Proteinlösung analog dem natürlichen Spinnprozess zu ziehen.

	Abbildung 2: Schema des biomimetischen Spinn-prozesses
Die mechanischen Eigenschaften dieser „bionischen“ Fäden werden untersucht um daraus evtl. Optimierungsansätze abzuleiten. Darüberhinaus werden diese Fäden mit natürlichen und herkömmlich produzierten künstlichen Fäden verglichen.


	Gregor Lang (Dipl. Ing.)
	0921-55 4625
	gregor.lang(.at.)bm.uni-bayreuth.de
Forschungsprojekt:
Verfahren zur Verarbeitung von Seidenproteinen Folgende in der Industrie etablierte Verfahren zur Verarbeitung von Polymeren kommen derzeit bei uns für die Prozessierung der rekombinant hergestellten Proteine zur Anwendung und werden optimiert: - Elektrospinnen: Bei diesem Prozess wird die Faserbildung durch elektro-statische Kräfte kontrolliert. Elektrospinnen erlaubt als einziges Verfahren die Produktion von kontinuierlichen Fasern mit Durchmessern von bis zu wenigen Nanometern. Wir untersuchen, wie sich Vliesstoffe aus Strukturproteinen herstellen lassen, die beispielsweise in der Medizintechnik als Wundabdeckungen bzw. Hautersatz oder als Filtrationsgewebe verwendet werden können. - Nass- und Trockenspinnverfahren: Diese Verfahren eignen sich zur Herstellung von dickeren Fasern in der Größenordnung von 10µm bis 40µm. Während beim Nassspinnen eine Polymerlösung in einem Agglomerationsbad extrudiert und dann als ausgefallene Faser abgezogen wird, kann beim Trockenspinnen die Faser einfach nach Verdampfung des Lösungsmittel, z.B. durch heiße Luftzufuhr, abgezogen werden. Ziel ist es, aus verschiedenen Biopolymeren bzw. Polymer-gemischen Fasern für die Anwendung in der Textilindustrie, in Biosensoren oder in der Medizintechnik zur Wundversorgung oder Geweberekonstruktion zu entwickeln. - Tauchbeschichten: Tauchbeschichtungsverfahren können zur Herstellung möglichst robuster, flexibler und funktioneller Oberflächenbeschichtungen herangezogen werden. Dabei werden unter definierten Bedingungen aus in Lösung befindlichen Proteinen Schichten in variabler Anzahl und Dicke an der Oberfläche des Substrates angelagert. Ziel ist es, neben biokompatiblen, entzündungs- und fibrosehemmenden Beschichtungen für Biomaterialien auch mechanisch robuste und beständige Beschichtungen für z.B. den Maschinen- und Anlagenbau zu entwickeln.


	Anja Lauterbach (Dipl. Ing.)
	0921-55 4621
	anja.lauterbach(.at.)bm.uni-bayreuth.de
Forschungsprojekt:
Forschungsschwerpunkt 1: Optimierung und Up-Scaling des Reinigungspro-zesses biotechnologisch hergestellter Spinnenseidenproteine Reinheit und Ausbeute sind zwei gegenläufige Faktoren bei der Reinigung re-kombinant hergestellter Proteine. Das Ziel ist es, eine möglichst hohe Ausbeute bei gleichbleibender Reinheit zu erreichen. Hierfür werden die Einflussfaktoren auf Ausbeute und Reinheit der einzelnen Produktionsschritte für die verschie-denen Spinnenseidenproteine des Lehrstuhls untersucht. Forschungsschwerpunkt 2: Vergleich der Wirtschaftlichkeit (inkl. Ökobilanz) des biotechnologischen Prozesses zur Herstellung von Spinnenseidenproteinen und daraus abgeleiteten Fasermaterialien für die Textilindustrie mit Herstellungs-prozessen herkömmlicher Ausgangsprodukte Forschungsschwerpunkt 3: Etablierung von elektrogesponnenen Spinnenseiden-Vliesstoffen für Filteranwendungen Filter mit elektrogesponnenen Vliesen zeichnen sich durch einen geringen Druckverlust bei hoher Filtereffizienz aus. Elektrogesponnene Materialien als Filterstoff haben sich jedoch nur begrenzt durchsetzen können, weil die Befürch-tung besteht, dass sich die nanoskaligen Fasern aus dem Filter lösen und so vom menschlichen Organismus aufgenommen werden könnten. Bei Seide besteht nach derzeitigem Kenntnisstand keine Gefahr für den Nutzer der Filter. Ziel ist es, geeignete Proteine und Blends sowie deren Verarbeitungsparameter für effiziente Filteranwendungen mit geringen Porengrößen, hohen Abscheideraten und ge-ringem Volumenstromabfall zu etablieren.


	Kristin Schacht (M.Sc.)
	0921-55 7347
	kristin.schacht(.at.)bm.uni-bayreuth.de
Forschungsprojekt:
Under construction



	Stefanie Wohlrab (Dipl. Chem.)
	0921-55 7335
	stefanie.wohlrab(.at.)bm.uni-bayreuth.de
Forschungsprojekt:
Under construction


Forschungsgruppe "Materialverarbeitung"

Gruppenmitglieder:	Claudia Blüm, Elena Doblhofer, Stephan Jokisch, David Keerl, Gregor Lang , Anja Lauterbach, Kristin Schacht, Stefanie Wohlrab

Überblick:
Die Eigenschaften natürlicher Fasern sind oftmals besser als die synthetischer Fasern, ein bekanntes Beispiel ist die Spinnenseide. Die Produktion solcher natürlicher Fasern, z.B. von Spinnenseide, unter Verwendung verschiedener Spinnverfahren wie dem Nassspinnverfahren, dem Elektrospinnen oder dem „bionischen“ Spinnprozess ist das primäre Ziel unserer Gruppe. Die Eigenschaften der auf verschiedene Weise hergestellten Fasern soll analysiert werden um daraus neue Produkte zu entwickeln oder gegebenenfalls mögliche Optimierungsansätze abzuleiten.


	Abbildung 1: Prozesskette der Materialentwicklung