GRK 3076:  Nachhaltige Hydrogele: Von chemischen Strukturen bis zur Anwendbarkeit

• Fachliche Zuordnung: Polymerforschung ; Biologische Chemie und Lebensmittelchemie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 532878344

Der Ersatz synthetischer Polymere durch Biopolymere aus nachwachsenden Quellen kann zu einer nachhaltig ausgerichteten Gesellschaft beitragen. Derartige Biopolymere stammen idealerweise aus Nebenströmen der Agrar- und Lebensmittelindustrie. Nachhaltige Polysaccharide aus Landpflanzen und Algen für die Herstellung von Hydrogelen weisen jedoch eine große natürliche Variabilität auf, die zu unterschiedlichen Geleigenschaften führt. Das Graduiertenkolleg SusGel befasst sich mit diesen Herausforderungen und verfolgt dabei einen interdisziplinären Ansatz aus Polysaccharidchemie, Analytik, Modellierung und biotechnologischen Anwendungen. Die Forschungsaspekte betreffen die Gelbildung, das Verhalten von Gelen während der Anwendung und die Gelalterung (mit Schwerpunkt auf dem Verhalten unter mechanischer Belastung), wodurch der gesamte Lebenszyklus von Hydrogelen abgebildet wird. Auch enzymbasierte Modifikationen natürlicher Polysaccharide werden für die Herstellung von Hydrogelen untersucht. Diese Hydrogele finden in der Bio- und Lebensmitteltechnik Anwendung, u.a. beim 3D-Druck und der Herstellung von Mikrogelpartikeln. In dem GRK werden die Beziehungen zwischen den chemischen Strukturen der Polysaccharide ((sub)nm-Skala), den Mechanismen auf mikroskopischer Ebene (z.B. Diffusion von Gastmolekülen innerhalb der Gele, µm-Skala) und den makroskopischen Eigenschaften (z.B. Freisetzungseigenschaften von Mikrogelpartikeln oder Formen von gedruckten Gerüstsubstanzen, mm- cm-Skala) analysiert. Der Schwerpunkt liegt somit auf den Beziehungen zwischen Strukturen, Prozessen und Eigenschaften von nachhaltigen Polysacchariden/Hydrogelen über ihren gesamten Lebenszyklus. Nachwuchswissenschaftler/innen aus den verschiedenen Disziplinen der Chemie, der Physik und des Bio- und Chemieingenieurwesens werden in dem GRK eng zusammenarbeiten. Um ihre fachliche Entwicklung zu unterstützen und sie auf einen interdisziplinär ausgerichteten Arbeitsmarkt vorzubereiten, wird ein Qualifizierungsprogramm vorgestellt: Dieses fördert gezielt individuelle Qualifikationen, interdisziplinäre Fähigkeiten und internationale, interkulturelle Erfahrungen. Neben der wissenschaftlichen Qualifizierung wird die persönliche Entwicklung der Kollegiaten/innen unterstützt. Interdisziplinäre Kompetenzen werden durch Tandembetreuung, Laborrotationen, Studientage und Retreats sowie die Einbindung der Promovierenden in die Vorbereitung dieser Veranstaltungen gefördert. Hierbei trägt auch der Austausch mit internationalen Spitzenforschern dazu bei, internationale Kontakte auszubauen. Schließlich wird es den Doktoranden/innen ermöglicht, in den Laboratorien internationaler Institutionen zu forschen. Die Teilnahme an SusGel ist somit eine hervorragende Vorbereitung auf eine (inter)nationale Karriere in der Wissenschaft oder in Unternehmen, die Konzepte zur Nutzung von Biopolymeren umsetzen möchten, von Start-ups bis hin zu Global Playern in der Chemie-, Pharma- und Lebensmittelindustrie.

• DFG-Verfahren: Graduiertenkollegs
• Antragstellende Institution: Karlsruher Institut für Technologie
• Beteiligte Institution: Universität Stuttgart
• Sprecher: Professor Dr. Mirko Bunzel
• beteiligte Wissenschaftlerinnen / beteiligte Wissenschaftler: Professorin Dr. Sabine Enders; Professorin Dr. Gisela Guthausen; Professor Dr. Christian Holm; Professor Dr. Jürgen Hubbuch; Professor Dr.-Ing. Hermann Nirschl; Dr.-Ing. Ulrike van der Schaaf; Professor Dr. Manfred Wilhelm