Wissenschaftler aus Łukasiewicz haben Hydrogele aus natürlichen Polymeren mit der Fähigkeit zur Selbstreparatur entwickelt

Wissenschaftler des Łukasiewicz-Instituts für Industriechemie haben eine neue Art von Hydrogelen auf Basis natürlicher Polymere entwickelt, die unter anderem aus Stärke hergestellt werden. Sie besitzen zudem die Fähigkeit, ihre Struktur nach einer Beschädigung innerhalb weniger Stunden selbst zu reparieren, was medizinische Anwendungen ermöglicht.

„Die Lösung ist die Antwort der Forscher auf die Herausforderungen im Zusammenhang mit der zunehmenden Verwendung von Hydrogelen aus synthetischen Polymeren“, sagte Dr. Katarzyna Łęczycka-Wilk von der Abteilung für Biomaterialien des Łukasiewicz-Instituts für Industriechemie, benannt nach Prof. Ignacy Mościcki, gegenüber PAP.

Hydrogele selbst, fuhr sie fort, seien dreidimensionale Polymernetzwerke, die in der Lage seien, erhebliche Mengen Wasser oder biologische Flüssigkeiten zu absorbieren (aufzusaugen) und zurückzuhalten (zu speichern), ohne ihre strukturelle Integrität zu verlieren.

„Hydrogele aus synthetischen Polymeren werden dank ihrer Flexibilität und hervorragenden Absorptionseigenschaften seit Jahren in vielen Branchen – von der Medizin bis zur Kosmetikindustrie – eingesetzt. Leider ist ihre weit verbreitete Verwendung mit Umweltproblemen und hohen ökologischen Kosten verbunden. Die meisten synthetischen Polymere zersetzen sich nicht auf natürliche Weise, was zur Ansammlung von Abfällen führt. Zudem ist ihre Herstellung oft mit der Emission giftiger Substanzen und einem hohen Verbrauch nicht erneuerbarer Rohstoffe wie Rohöl verbunden“, erklärt der Wissenschaftler, der sich mit der Entwicklung und Erforschung moderner Polymermaterialien, insbesondere Hydrogelen und Biokompositen für Anwendungen in Medizin, Kosmetik, Landwirtschaft und Umweltschutz beschäftigt.

Diese modernen Materialien, die von den Forschern um Łukasiewicz entwickelt wurden, werden aus pflanzlichen Rohstoffen – Stärke und Glucomannan – hergestellt, was sie vollständig erneuerbar und biologisch abbaubar macht.

Katarzyna Łęczycka-Wilk berichtete, dass die neuen Hydrogele bis zu 35-mal mehr Wasser aufnehmen können, als sie wiegen. „Alkalische Bedingungen erhöhen diese Fähigkeit zusätzlich, während die Zugabe von Zitronensäure die Quellung reduziert und gleichzeitig die Struktur des Materials stärkt, da sie als Vernetzungsmittel wirkt“, erklärte sie.

„Darüber hinaus verfügen Hydrogele über eine einzigartige Selbstreparaturfähigkeit – sie können ihre Struktur nach einer Beschädigung innerhalb weniger Stunden wieder aufbauen, was sie für medizinische Anwendungen außergewöhnlich langlebig und zuverlässig macht“, fügte der Wissenschaftler hinzu.

Dank der bioaktiven Zusätze weisen Hydrogele wiederum hygienische Eigenschaften auf, schützen vor Mikroorganismen und unterstützen die Wundheilung. „Die höchste antioxidative Aktivität wurde bei Hydrogelen mit dem Zusatz hydrophober DES (tief eutektischer Lösungsmittel) auf Basis von Menthol, Thymol und Vanillin festgestellt. Diese Materialien zeichnen sich zudem durch eine hohe thermische Stabilität aus – bei einer Temperatur von 150 Grad Celsius reduziert sich die Masse des Hydrogels nur um 5 Prozent“, berichtete der Forscher.

Dank ihrer Eigenschaften können selbstheilende Hydrogele unter anderem als intelligente Wundauflagen eingesetzt werden, die nach einer Schädigung automatisch ihre Integrität wiederherstellen und so kontinuierlichen Schutz sowie ein optimales Mikroumfeld für die Geweberegeneration bieten. Darüber hinaus können sie als biokompatible Implantate eingesetzt werden, die sich an physiologische Bedingungen anpassen. Darüber hinaus können sie als Wirkstoffträger mit kontrollierter Freisetzung eingesetzt werden, die eine präzise Abgabe therapeutischer Substanzen als Reaktion auf biologische oder mechanische Reize ermöglichen. Auch Materialien für das Tissue Engineering unterstützen regenerative Prozesse, indem sie die Eigenschaften der extrazellulären Matrix nachahmen und die Zellproliferation stimulieren.

Darüber hinaus betonte Katarzyna Łęczycka-Wilk, dass Hydrogele auf Basis natürlicher Polymere biologisch abbaubar und biokompatibel seien und den Prinzipien der Kreislaufwirtschaft entsprächen. „Ihre Herstellung ermöglicht es, den Einsatz nicht erneuerbarer Rohstoffe zu begrenzen und den Schadstoffausstoß zu reduzieren. Gleichzeitig bieten sie eine neue Qualität in der Wundbehandlung, der Kosmetik und anderen biomedizinischen Anwendungen“, erklärte sie.

Wie der Forscher betonte, laufen derzeit intensive Laborarbeiten, bei denen die physikochemischen und funktionellen Eigenschaften des Hydrogels getestet werden. Die Forscher arbeiten an der Entwicklung eines Prototyps, der künftig unter anderem in medizinischen Verbänden Anwendung finden könnte. (PAP)

Wissenschaft in Polen

acp/ zan/

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