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Die Fakultät Bio- und Chemieingenieurwesen besitzt das Gütesiegel des FTMV für eine hohe Qualität in Forschung, Lehre und Organisation.

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Engineering Meets Art

Forschung und Lehre der Fakultät Bio- und Chemieingenieurwesen  stehen unter dem Leitmotiv der Entwicklung und Verbesserung von sicheren, ressourcen- und umweltverträglichen Prozessen und Produkten für die chemische Industrie und die biotechnologische Industrie. Unsere Arbeit stellt sich damit den aktuellen Herausforderungen unserer Welt, sie ist wichtig, sie ist spannend, aber sie ist auch schön. Anlässlich der Kulturhauptstadt Europas Ruhr.2010 stellen wir hier jeden Monat Bilder  vor, die davon einen Eindruck geben. Wollen Sie auch die anderen Kulturprojekte der TU Dortmund kennenlernen? Hier entlang.

hydrogel_mini.jpg

Die Januar-Einsendung stammt von Dipl.-Ing. Stefanie Poggendorf.  Das Foto (Aufnahme: Chr. Brandenbusch) zeigt ein Hydrogel. Das rechte Hydrogel ist trocken und hart. Das linke hat Wasser aufgenommen und ist daher groß und weich.

Hydrogele sind Verwandte normaler Kunststoffe wie sie z. B. für Plastiktüten verwendet werden. Diese normalen Kunststoffe bestehen aus verschiedenen Polymermolekülen, die ihnen unterschiedliche Eigenschaften verleihen, u.a. gibt wasserfeste und solche, die sich in Wasser auflösen.

Hydrogele bestehen aus Polymeren, die sich normalerweise in Wasser auflösen würden. Anders als bei normalen Kunststoffen liegen hier die Polymermoleküle nicht einfach nebeneinander, sondern sind miteinander verknüpft. Das kann man sich wie bei einem Einkaufsnetz oder einem Klettergerüst vorstellen. Daher lösen sich die Hydrogele nicht auf, sondern nehmen lediglich sehr viel Wasser auf und quellen dabei  stark. 

Je nachdem, aus welchem Polymer ein Hydrogel besteht, kann es für unterschiedliche Zwecke eingesetzt werden:

• Kann es besonders schnell und besonders viel Wasser aufnehmen, ist es ein Superabsorber, wie man ihn z. B. in Windeln und anderen Hygieneprodukten findet.
• Ist es durchsichtig, gut formbar und ungiftig, kann man es als Kontaktlinsenmaterial benutzen.
• Ist es essbar (z. B. Gelatine), kennt man es z. B. als Gummibärchen.

Aktuell wird an sogenannten Intelligenten Hydrogelen geforscht, die ihre Eigenschaften ändern können. So gibt es bereits Hydrogele, die bei Temperaturerhöhungen schrumpfen und das zuvor aufgenommene Wasser wieder abgeben. Andere Hydrogele reagieren auf elektrischen Strom oder Veränderungen im pH-Wert.

Dipl.-Ing. Stefanie Poggendorf beschäftigt sich in ihrer Forschungsarbeit mit der Diffusion und Quellung in Hydrogelen, also damit, wie sehr und wie schnell ein Hydrogel quillt bzw. schrumpft und wie schnell und viel von einem bestimmten Stoff dabei in das Gel eindringt oder austritt.

Eine mögliche Anwendung könnte beispielsweise  ein Hydrogel sein, das man in Insulin quellen lässt und es in den Körper eines Diabetikers einpflanzt. Steigt der Blutzucker an, reagiert das Hydrogel, indem es schrumpft und Insulin abgibt. Dadurch sinkt der Blutzuckerspiegel wieder - das Hydrogel hört auf zu schrumpfen und Insulin auszuschütten. Hierbei ist es z. B. wichtig zu wissen, wie schnell das Hydrogel auf Veränderungen im Blutzuckerspiegel reagiert, wie schnell das Insulin aus dem Hydrogel freigesetzt wird und wie lange es dauert, bis eine wirksame Menge erreicht ist. Andernfalls wäre es möglich, dass das Gel zu langsam schrumpft und das Insulin zu spät freigesetzt wird oder dass viel zu viel Insulin freigesetzt wird. Im ersten Fall sinkt der Blutzuckerspiegel nicht schnell genug, im zweiten Fall sinkt er zu stark.

Um solche Vorgänge zu untersuchen, führt  Stefanie Poggendorf zum einen Messungen durch, bei denen Quellung und Diffusion mit Hilfe der konfokalen Raman-Spektroskopie verfolgt werden. Zum anderen werden die Quellung und Diffusion mit einem Modell berechnet. Hierzu wird die PC-SAFT Zustandsgleichung verwendet, die die explizite Berücksichtigung von Wasserstoffbrückenbindungen und Polymereigenschaften im Gel gestattet.

Eine Vielzahl von Forschungsprojekten zum Thema Hydrogele sind im SPP1259 der DFG zusammengefaßt (http://www.hydrogele.de/).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


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