Fakultätsbericht 2016-2017

Abb. 2. Rasterelektronenmikroskopieaufnahmen von Cellu- losefasern vor bzw. nach der Beschichtungmit Aminocel- lulosen (AC) und/oder Wirkstoffextrakten. Foto: M. Gericke. Ziel des Forschungsvorhabens war die Herstel- lung neuartiger bioaktiver Cellulosevliese für Le- bensmittelverpackungen. Dazu wurden antimik- robielle Pflanzenwirkstoffe extrahiert und auf Cellulosematerialien adsorbiert, um eine keim- hemmende Wirkung der Materialien zu erzielen. In diesem Zusammenhang wurden aminogrup- penhaltige Cellulosederivate (AC) synthetisiert und zur Oberflächenbehandlung von bzw. zur direkten Einarbeitung in Cellulosematerialien mit dem Ziel genutzt, die antimikrobielle Wirksamkeit und die Produktsicherheit zu verbessern. An der FSU Jena wurden verschiedene Strate- gien zur Synthese von AC mit unterschiedlichen molekularen Strukturen und daraus resultieren- den Eigenschaften erfolgreich etabliert. Sowohl die Behandlung der Faseroberfläche mit AC als auch das direkte Einbringen von AC in die Fasern ergab eine positive Oberflächenladung und dadurch eine signifikante Verbesserung der Fixierung von Extraktwirkstoffen. Es resultierte eine deutliche FORSCHUNG — 49 Bioaktive Cellulosevliese für Lebensmittelverpackungen (AktiCellFood) Verbesserung der antimikrobiellen Wirksamkeit. Mittels dieser Technologie konnten funktionale Cellulosevliese hergestellt und deren keimhem- mende Wirkung im Lebensmittelkontakt nachge- wiesen werden. Die Cellulosevliese dienen z. B. als saugfähige Unterlage in Lebensmittelverpackungen. Chemisches Design und Formung von Polysaccharid-basierten Biomaterialien (PShapes) Im Rahmen dieses europäischen Verbundprojek- tes wurden neuartige Konzepte zur Wertschöp- fung von Holz-basierten Polysacchariden in „high-value-added“-Anwendungen entwickelt. Im Vordergrund standen dabei die Herstellung, Cha- rakterisierung und Nutzung von nm- und µm- skalierten Partikeln. Durch gezielte chemische Derivatisierung von Cellulose, Xylan und anderen Polysacchariden wurden an der FSU Jena Deri- vate synthetisiert, aus denen durch einen Selbst- anordnungsprozess sphärische Nanopartikel mit sehr definierter Größe hergestellt werden konn- ten. Ferner war es möglich, die Partikel mit spezi- ellen Funktionalitäten, wie etwa Farbstoffen und reaktiven Gruppen, zu versehen. Auf Basis dieser Technologie konnte ein Immunoassay-Schnell- test entwickelt werden, der sich durch eine be- sonders hohe Sensitivität auszeichnet. [4] Schulze, P., Gericke, M., Scholz, F., Wondraczek, H., Miethe, P., Heinze, T. (2016): Incorporation of hydrophobic dyes within cellulose acetate and acetate phthalate based nanoparticles. Macromolecular Chemistry and Physics, DOI: 10.1002/macp.20160016. [5] Obst, M., Heinze, T. (2016): Simple Synthesis of Reactive and Nano- structure Forming Hydrophobic Amino Cellulose Derivatives. Macro- molecular Materials and Engineering, DOI: 10.1002/mame.201500144 . Abb. 3. a) 13 C-NMR-Spektren von Xylanphenylcarbona- ten. (b) Bild und (c) Rasterelektronenmikroskopieauf- nahmen von Celluloseacetatphthalat (CAPh)-basierten Nanopartikeln (NP) mit eingelagerten Farbstoffen. (d) Immunoassayschnelltests unter Verwendung von CAPh-Farb-NP als Nanolabel. Foto: M. Gericke.