Forschergruppe 3D-Drucken von biokompatiblen Cellulose-Formkörpern

Ziel dieser mit ESF-Mitteln vom Freistaat Thüringen geförderten Forschergruppe ist es, biobasierte 3D-Formkörper aus Cellulose herzustellen. Die Materialien sollen eine ausgezeichnete Biokompatibilität aufweisen und als Implantat und künstliche Haut und Gewebe in der Medizin Anwendung finden. Um eine hohe Detailgenauigkeit zu erreichen, werden 3D-Druckverfahren genutzt. Der innovative Kern der geplanten Grundlagenforschung besteht darin, dass thermoplastische Cellulosederivate für den 3D-Druck genutzt werden, die sich zu Cellulose regenerieren lassen. Auf diesem Weg lassen sich im Vergleich zur herkömmlichen Umformung von Cellulose komplexe Strukturen und somit personalisierte Biomaterialien generieren.

Die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten gliedern sich in folgende Teilaspekte: Synthese von thermoplastischen Cellulosederivaten, Entwicklung von 3D-Druckverfahren, Regenerierung und Eigenschaftstuning der Celluloseformkörper. Mittels polymeranaloger chemischer Derivatisierung werden Celluloseester–, –silylether, und –mischderivate hergestellt. Durch Variation der molekularen Struktur werden 3D-druckbare Verbindungen mit definierten Schmelz- und Erstarrungstemperaturen sowie maßgeschneiderten rheologischen Eigenschaften entwickelt. Eine entscheidende wissenschaftliche Fragestellung betrifft die „Regenerierung“ der Cellulosederivate zu Cellulose-Formkörpern. Es werden umfassende Untersuchungen zur Abspaltung der im Folgenden als „thermoplastische“ Substituenten bezeichneten Gruppen bei unterschiedlichen Reaktionsbedingungen durchgeführt: sauer, basisch, photochemisch, im Wässrigen, wasserfrei.