Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB
Biohybride Materialien: Biologie trifft Chemie und Technik
Die Philosophie im Innovationsfeld Bioinspirierte Chemie ist es, Eigenschaften und Strukturen natürlicher Moleküle zu nutzen und diese unter Erhalt der Funktionalitäten gewinnbringend im Zielprodukt einzusetzen. Um dies zu erreichen, spielen hier biohybride Materialien eine große Rolle, die als Schnittstelle zwischen den Fachdisziplinen Biologie, Chemie und Technik fungieren und dadurch Synergieeffekte verstärken.
Doch was verstehen wir unter biohybriden Materialien? Wir definieren diese Materialien als Funktionsmaterialien. Das Spektrum ist vielfältig und reicht von katalytisch aktiven Biohybridmaterialien über biohybride Werkstoffe und Materialien. Dabei werden die einzigartigen Eigenschaften von organischen Biomolekülen, z. B. Proteinen und DNA, oder chemischen Stoffen, z. B. Metallkatalysatoren, Mineralstoffen oder Spurenelementen, mit technischen bzw. nicht-biologischen Komponenten, z. B. Oberflächen oder Polymeren, effizient kombiniert. So entstehen transiente, responsive und/oder schaltbare Materialien, die gewinnbringend sowohl in der Synthese von Zielprodukten als auch direkt als Endprodukt eingesetzt werden können.
Aktuell setzen wir folgende Systeme in unseren Projekten ein:
- Kombination von chemischen Katalysatoren mit biobasierten Trägermaterialien
- Bioelektrokatalytische NAD(P)H-Regenerierung und CO2-Fixierung durch Immobilisierung von Enzymen in redoxaktiven Polymeren auf Elektrodenmaterialien
- Einbringen von Spurenelementen und Mineralstoffen in poröse sorptionsfähige Biokomponenten
Die Kombination von natürlichen und technischen Materialien ermöglicht es, bisherige Limitierungen hinsichtlich der Effizienz, der Auswahl an möglichen Rohstoffen oder des Produktspektrums zu überwinden. Bei den katalytisch aktiven Biohybridmaterialien lassen sich zudem in vielfältiger Weise verschiedene Arten der Katalyse vereinen und das komplette Potenzial von chemischer, biologischer und elektrochemischer Katalyse ausschöpfen.
