Forschungsbereich Life Science und Bioprozesse

Der Fokus des Forschungsbereichs Life Science liegt auf der Integration neuer biologischer Funktionen in Polymermaterialien.

Healthcare, Biomaterialien und Cosmeceuticals

Hier werden Nanotechnologie, Grenzflächenchemie und Polymerforschung vereint, um neue Hightech-Materialien für die Medizintechnik zu entwickeln.

mehr Info

Biofunktionalisierte Materialien und (Glyko) Biotechnologie

mehr Info

Life Science und Bioprozesse

Polymere Materialien mit biologischen Funktionen

Über Jahrmillionen hat die Natur biologische Systeme entwickelt und optimiert. Im Forschungsbereich Life Science und Bioprozesse nutzen wir diese bewährten Mechanismen, um das Funktionsspektrum von Polymeren zu erweitern. Unser Fokus liegt auf der Integration neuer biologischer Funktionen in Polymermaterialien.

Im Bereich der funktionalen Proteinsysteme wird Polymerforschung mit Biotechnologie in einzigartiger Weise kombiniert. Mit Hilfe chemischer, physikalischer und biotechnologischer Methoden werden biobasierte funktionale Bausteine in Polymere integriert und interaktive kolloidale Systeme entwickelt.

In der Abteilung Healthcare, Biomaterialien und Cosmeceuticals wird Polymerforschung mit Nanotechnologie und Grenzflächenchemie vereint, um neue Hightech-Materialien für die Medizintechnik bis zur Anwendungsreife zu entwickeln.

Biologische Bausteine und Bioprozessentwicklung werden mit Hilfe molekularbiologischer Methoden biologische Bausteine wie biobasierte Monomere und Proteine mit besonderen Funktionalitäten wie z. B. Strukturproteine und hydrophobe Proteine sowie Stämme und biotechnologische Verfahren zu deren Herstellung für den Labor- und Technikumsmaßstab entwickelt.

Unser Leistungsspektrum

Haaranalytik

  • Oberflächenbehandlung
  • mechanische Analyse (Zug-Dehnungsverhalten im Klimaraum)
  • Dimensionsanalyse über Laser scanning Micrometer
  • Oberflächenanalyse mit Rasterkraftmikroskopie
     

Biologische Bausteine

  • Metabolic engineering und Stammentwicklung proteinbasierter Bausteine
  • Aufschluss biologischer Reststoffe
     

Biotechnologische Verfahren

  • Fermentationsverfahren und Produktaufarbeitung
  • Verwertung nachwachsender Rohstoffe


Funktionelle Biosysteme

  • Proteinmodifizierung und immobilisierung
  • ultradünne funktionale Schichten 
  • (Bio-)responsive Polymere
     

Selbstassemblierungstechniken

  • kolloidale Bausteine
  • polymere Nanostrukturen
  • Oberflächen-/Grenzflächen-getriebene Assemblierung
  • funktionelle Beschichtungen
     

Entwicklung von Materialien für Life Science   

  • Hydrogele, Polymerdispersionen
  • »intelligente« Materialien für medizinische Anwendungen
  • Implantate
  • Wirkstoffsysteme, drug delivery systems
  • Kosmetika
  • mikrobiologische Untersuchungen

Unsere Forschungsthemen

Die Arbeiten im Forschungsbereich Life Science und Bioprozesse überspannen eine breite Palette von Anwendungsfeldern. Wir entwickeln verfahren, Materialien und Schlüsselsubstanzen für die Biotechnologie, für die chemische Industrie, für Textilien, Medizinprodukte, Pharmazeutika und Kosmetika sowie für Umwelt- und Nanotechnologien.

Zusätzlich zu den klassischen Feldern konzentrieren sich Forschung und Entwicklung auf Biomaterialien, Hydrogele, Implantate, bioaktive Oberflächen, Sensoren und  biotechnologische Prozesse. Mikrobiologische Untersuchungen sowie Untersuchungen mit Primär- und Zell-Linien erweitern die Tiefe der F&E-Möglichkeiten.

Schwerpunkte liegen zudem in der Synthese von Polymeren und biohybriden Materialien, der Herstellung ultradünner Membranen und der Biofunktionalisierung von Oberflächen.

Unsere Entwicklungen im Bereich der Biotechnologie werden im Labormaßstab realisiert und in dem Technikumsmaßstab übertragen. Dabei spielt die Nutzung nachwachsender Rohstoffe eine zentrale Rolle.

Unsere Ausstattung

Funktionale Proteinsysteme

  • modernste Syntheselabore für die Synthese von hoch- und niedermolekularen Substanzen und Partikelsystemen
  • Schlenklinien mit Hochvakuumpumpen
  • Langmuir-Waage
  • Hochleistungs-Rasterkraftmikroskop
  • Spin- und Dip-Coater
  • Niederdruckplasmaanlage für verschiedene Prozessgase und Verdampfung von Flüssigkeiten
  • Membranflussanalysator
  • dynamische Lichtstreuung mit Autotitrator und Temperaturkontrolle
  • Zeta-Potential
  • inverses Mikroskop (Fluoreszenz, Durchlicht, Phasenkontrast, Hochleistungskamera)
  • automatisierter Peptidsynthetisierer
  • Mikrowellenreaktor
  • isothermale Titrationskalorimetrie mit geringsten Probenvolumina

Biologische Bausteine und Bioprozessentwicklung

  • Biochemische und molekularbiologische S1/S2-Labore
  • DNA-Arbeiten: Thermocycler, RealTime-PCR, Gelelektrophoresesysteme, Gel Imaging System, DGGE/SSCP-System
  • Protein-Arbeiten: Gelelektrophoresesysteme (1D und 2D), Blotting-Apparaturen, analytisches HPLC-System
  • UV/VIS-Spektrometer
  • Fluoreszenz-Mikroplattenleser
  • Zellaufschluss: Ultraschallhomogenisator, Bead Beater, Cryoschwingmühle
  • Gefriertrocknung
  • Zentrifugalmühle für die Zerkleinerung pflanzlicher Substrate
  • Schüttel- und Standinkubatoren
  • S1-Biotechnikum
  • Edelstahl-Bioreaktoren: 3x 2 Liter, 1x 10 Liter, 1x 100 Liter Arbeitsvolumen mit Abluftanalytik und Prozessanalytik
  • Durchfluss-Separator zur Zellseparation
  • Hochdruckhomogenisator zum Zellaufschluss
  • Ultrazentrifuge
  • Filtrationssystem für Ultra-, Mikro- und Diafiltration
  • präparatives HPLC-System
  • Gefriertrocknung (bis 20 Liter-Maßstab) und Rotationsverdampfer (10 Liter-Maßstab)
  • Autoklaven
     

Funktionspolymere für die Medizintechnik

  • moderne Syntheselabore für nieder- und hochmolekulare Verbindungen
  • moderne Methoden molekulare Analytik organischer Substanzen
  • vielfältige Methoden der Molmassenanalytik: Größenausschluss-Chromatographie (GPC/SEC), Kryoskopie, Osmotischer Druck, Dampfdruckosmose (VPO), Ultrazentrifuge
  • Polyelektrolyt-Titration, Trübungsphotometrie
  • UV-VIS-NIR- und FT-IR Spektrometer
  • Hochleistungsflüssigkeitschromatographie HPLC mit MS Kopplung
  • Thermogravimetrie und Differentialkalorimetrie (DSC)
  • Mikroskope (mit Polarisations-, Dunkelfeld- u. Phasenkontrasteinrichtung, Stereoauflicht, inverses Fluoreszenz- und konfokales LaserScanning Mikroskop)
  • Mikrophotografie und digitaler Bildauswertung
  • dynamische Lichtstreuung
  • Oberflächenspannung (Tensiometer, Spinning Drop)
  • Rheometer (Rotations-, Oszillations-, Grenzflächen-Rheologie)
  • Präzisions-Dichtemessung
  • Ellipsometer
  • Oberflächenplasmonenresonanz-Spektrometer (SPR)
  • Kontaktwinkelmessgerät
  • Spin- und Dipcoater
  • Thermogradientenbank zur Bestimmung der Mindestfilmbildungstemperatur (MFT)
  • Dampf-Sterilisatoren, Autoklaven
  • Ultra-Hochleistungsflüssugkeitschromatographie (UHPLC) mit MS-Kopplung
  • Gaschromatographie mit MS-Kopplung

 

Highlights 2019

Eye Lash Booster

Ein Highlight der Abteilung  »Healthcare, Biomaterialien und Cosmeceuticals« aus 2019 ist das Projekt »Eye Lash Booster«, welches durch das Fraunhofer Ausgründungsprogramm »AHEAD« finanziell gefördert wird. In einem kompetitiven Verfahren wurde es von einer aus externen Experten besetzten Jury für die Vorbereitung einer Ausgründung ausgewählt. Aus wirtschaftlicher Sicht konnten viele Kontakte mit Firmen im Bereich der Kosmetikforschung aufgebaut, aus wissenschaftlicher Sicht neue Untersuchungsmethoden zur effizienten Wirkstoffentwicklung im Labor etabliert werden. Diese können zukünftig für Untersuchungen im kosmetischen und pharmakologischen Bereich zu Klärung von Fragestellungen bezüglich der potenziellen Wirksamkeit von Inhaltsstoffen herangezogen werden. Dadurch eröffnen sich neue Möglichkeiten zur Vorhersage der Wirksamkeit einer Substanz auf bestimmte humane Zelltypen.

 

Protein-Polymer-Konjugate

Unsere mit der biologischen Transformation befassten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler konnten ihre Synthesekompetenzen im Bereich der Protein-Polymer-Konjugate ausweiten, um Konjugate zukünftig noch besser auf ihr Anwendungsgebiet – beispielsweise als Bausteine in Protein-Polymer-Membranen – maßzuschneidern.

 

Biopol

In der Fraunhofer-Projektgruppe an der BTU Cottbus - Senftenberg »BioPol – Biologisierung von Polymeren« konnten große Fortschritte erzielt werden. So gelang erstmalig die Herstellung einer Polymerfolie mit integrierten Enzymbestandteilen, die noch signifikante Enzymaktivität zeigen. Somit sind beispielsweise aktive selbstreinigende Folien in den Bereich des Machbaren gerückt.

 

Replicoll

Im ERC-Projekt »REPLICOLL« wurde zum Abschluss ein Durchbruch erzielt, indem es gelang, erstmals trifunktionale, selbstassemblierende künstliche Bausteine herzustellen und ihr Eigenschaftsprofil und schaltbares Assemblierungsverhalten eingehend zu charakterisieren.

 

Enzymimmobilisierung für die Biokatalyse

Im Themenkomplex »Enzymimmobilisierung für die Biokatalyse« ging es um die Etablierung skalierbarer Immobilisierungsverfahren für Enzyme auf polymeren Membranen. In dieser Form immobilisierte Enzyme können in biokatalytischen Syntheseverfahren eingesetzt werden, bei denen typische Probleme wie Produktinhibition durch einen kontinuierlichen Prozessverlauf vermieden werden. Im November 2018 startete hierzu ein AiF-Projekt, welches im Laufe des Jahres 2019 erste vielversprechende Ergebnisse zeigte. Es gelang, eine Aldolase in stabilen Schichten auf einer PAN-Trägermembran unter Erhalt der enzymatischen Aktivität zu immobilisieren. In der Folge wird das immobilisierte Enzym nun nach Aufbau eines entsprechenden Membranmoduls hinsichtlich seiner katalytischen Performance auf Herz und Nieren geprüft.

 

Materialien für programmierbare Reibung

In einem weiteren Projekt, welches im Rahmen des Fraunhofer-Clusters »programmierbare Materialien« bearbeitet wird, stehen photoresponsive Materialien im Fokus. Hier sollen Schmierstoffe so modifiziert werden, dass diese durch Lichteinstrahlung in situ in ihrer Viskosität gezielt eingestellt werden können. Dabei geht es vor allem um die optimale Einstellung von Reibwerten in einschlägigen technischen Anwendungen wie etwa Gleitlagern. Übergeordnetes Ziel ist es, Anwendern durch die schaltbaren Schmierstoffe die Möglichkeit zu geben, energiesparender und materialschonender zu arbeiten und damit letztlich nachhaltiger sowie kostensparender. 

Joachim Storsberg

Contact Press / Media

Dr. Joachim Storsberg

Abteilungsleiter | Healthcare, Biomaterialien und Cosmeceuticals

Geiselbergstraße 69
14476 Potsdam-Golm

Telefon +49 331 568-1321

Ruben R. Rosencrantz

Contact Press / Media

Dr. Ruben R. Rosencrantz

Abteilungsleiter | Biofunktionalisierte Materialien und (Glyko) Biotechnologie

Geiselbergstr. 69
14476 Potsdam-Golm

Telefon +49 331 568-3203

Dmitry Grigoriev

Contact Press / Media

Dr. Dmitry Grigoriev

Arbeitsgruppenleiter | Multifunktionale Kolloide und Beschichtungen

Geiselbergstr. 69
14476  Potsdam-Golm

Telefon +49 331 568-3219

Funktionale
Proteinsysteme

Biologische Bausteine und
Bioprozessentwicklung