Frau M.Sc. Charlotte Capitain hat erfolgreich ihre Promotion zum Dr.-Ing. mit dem Thema "Biomimetic adhesives from natural polymers" abgeschlossen. Die BioVT wünscht ihr viel Erfolg im weiteren Lebensweg!
Von Muscheln inspirierte catecholhaltige Polymere bieten eine vielversprechende Grundlage für die Entwicklung starker biogener Klebstoffe. Um einen Klebstoff zu entwickeln, der die Hafteigenschaften der Muschel imitiert, wurden lösungsmittelstabile Laccasen auf ihre Anwendung als biochemische Katalysatoren für die Funktionalisierung natürlicher Polymere, wie Chitosan und Lignin, mit Catecholen untersucht. Untersuchungen der Laccase-katalysierten C-N-Bindungsbildung zwischen primären Aminen und Catecholen, wie beispielsweise Protocatechusäure (PCA) und Dihydrokaffeesäure (DHC), haben gezeigt, dass die Reaktion durch einen niedrigen pKa-Wert des verwendeten primären Amins und einen neutralen oder leicht sauren pH-Wert gefördert wird. Da der pKa-Wert der Amingruppen von Chitosan unter 7 liegt, waren spontane Reaktionen mit Catecholen möglich, die zu einem PCA-funktionalisierten Chitosan führten, das auf sandgestrahlten Aluminiumoberflächen eine Zugfestigkeit von 4,56 ± 0,54 MPa erreichte. Für die Funktionalisierung von Lignin, das im Organosolv-Prozess extrahiert wurde, war ein zweistufiges Konzept erforderlich, bei dem zunächst L-Lysin und anschließend DHC und PCA an Lignin gebunden wurden. Für DHC-Lignin wurde eine Zugfestigkeit von 169,3 kPa ± 130,6 kPa gemessen. Da für die Funktionalisierungs- und Aushärtungsprozesse ausschließlich natürlich vorkommende Substanzen verwenden werden, die frei von toxischen Chemikalien sind, wurden somit neuartige und nachhaltige Bioklebstoffe entwickelt.Zur Charakterisierung des von Muscheln inspirierten Chitosan-Klebstoffs wurde die Analyse mittels dynamischer Differenzkalorimetrie (DSC) verwendet. Darüber hinaus wurden DSC-Messungen zur quantitativen Überwachung des biologischen Abbaus unter Verwendung kleiner Probenmengen und einer einfachen Probenvorbereitung validiert. Nur mit DSC-Messungen war ein quantifizierbarer Nachweis des Abbaufortschritts möglich, während gleichzeitig eine qualitative Beurteilung von Kristallinitätsänderungen möglich war. Die implementierte DSC Methode könnte für die Quantifizierung der biologischen Abbaubarkeit des PCA-Chitosan-Klebstoffs verwendet werden.
Diese Arbeit stellt neue biobasierte Klebstoffe sowie eine neue Messtechnik zur Messung der biologischen Abbaubarkeit verschiedener Materialien vor.