Wondeschuim van bacterieel alginaat

Fig. 1: Alginaat-viscosevezels geproduceerd met bacterieel alginaat. © Hohenstein Institute

Fig. 2: Wondverband (non-woven/fleece) gemaakt van alginaatvezels van bacteriële bron. Bacteriële alginaat-non-wovens nemen tot 70% meer vloeistof op dan maritieme alginaat-non-wovens. © Hohenstein Instituut / Fig. 2: Wondverband (non-woven/fleece) gemaakt van alginaatvezels van bacteriële bron. Bacteriële alginaat-non-wovens absorberen tot 70% meer vloeistof dan maritieme alginaat-non-wovens. © Hohenstein Instituut

In het kader van het gezamenlijke project „AlBioTex“ hebben onderzoekers van het Hohenstein Instituut, de B.R.A.I.N AG („BRAIN AG“; ISIN DE0005203947 / WKN 520394) en de Kelheim Fibres GmbH de ontwikkeling van wondverbanden uit bacterieel alginaat succesvol afgerond. Het doel van het project (subsidiecode 031A126 in het BMBF-programma BioIndustrie 2021) was het ontwikkelen van een biotechnologisch proces voor de productie van alginaat en het verwerken hiervan tot vezelgebaseerde producten voor wondverbanden. De bodembacterie Azotobacter vinelandii diende hierbij als natuurlijke bron van alginaat. De gebruikelijke, arbeidsintensieve winning van het biopolymeer uit bruinwieren kan zo worden omzeild en vervangen door een duurzame, biotechnologische proces.

In de onderzoekscoalitie waren het Hohenstein Instituut voor Textielinnovatie gGmbH uit Bönnigheim (William-Küster-Institut für Hygiene, Umwelt und Medizin), het bio-economiebedrijf BRAIN AG uit Zwingenberg, de wereldwijd leidende producent van viscose-specialvezels Kelheim Fibres GmbH en de producent van hooggespecialiseerde stoffen voor de medische technologie Rökona Textilwerk GmbH uit Tübingen betrokken. Door de interdisciplinaire samenwerking van de onderzoekspartners is het voor het eerst gelukt om het volledige productie- en verwerkingsproces van de biotechnologische productie van bacterieel alginaat, de vezelproductie en de vervaardiging van textiele oppervlakken in kaart te brengen.

Alginaat is een biopolymeer (polysaccharide) uit de glykosidisch verbonden monomeren guluron- en mannuronzuur. Het industriële toepassingsgebied van het biopolymeer wordt bepaald door de volgorde en de verhouding van deze twee suikerelementen. Vooral het gebruik in wondverbandmateriaal is zeer gewild vanwege de goede biocompatibiliteit van alginaat, de enorme vloeistofopnamecapaciteit en de helende eigenschappen.

Het uit algen gewonnen gebruikelijke alginaat varieert sterk in samenstelling vanwege milieufactoren. Het vereist een arbeidsintensieve verwerking om hoogwaardig en biochemisch gedefinieerd alginaat te verkrijgen, zoals bijvoorbeeld nodig is voor medische toepassingen. De biotechnologische productie van alginaat biedt echter de mogelijkheid om biopolymeren met gedefinieerde eigenschappen en constante kwaliteit te synthetiseren voor gebruik in medische producten.

De kweek van de bodembacterie en het biotechnologische productie- en isolatieproces van bacterieel alginaat konden in het in 2013 begonnen onderzoeksproject worden opgezet, geoptimaliseerd en gestandaardiseerd. Door gerichte optimalisatie van de alginaatsynthese van de bacterie is het de onderzoekers gelukt om de samenstelling en daarmee de eigenschappen en de opbrengst van het alginaat te verbeteren. Hierdoor konden ze op maat gemaakte alginaten produceren die bijzonder geschikt zijn voor de vezelproductie voor gebruik in medische producten. Op een pilotinstallatie konden de onderzoekspartners alginaatvezels en alginaat-viscosevezels spinnen en deze vervolgens verwerken in het kader van het gevestigde proces tot innovatieve non-wovens en wondverbanden. Bij toepassingstests van de nieuwe wondverbanden overtuigde het biotechnologische alginaatproduct door een duidelijk verbeterd vloeistofopnamevermogen in vergelijking met commercieel verkrijgbare mariene alginaat-wondverbanden. De bacteriële wondverbanden namen tot 70% meer vloeistof op dan mariene verbanden.

"De resultaten die in het succesvol afgeronde onderzoeksproject zijn behaald, vormen de basis voor de integratie van bacterieel alginaat in de industriële productie", stelt Dr. Guido Meurer, lid van de directie van BRAIN AG. "Een ander doel voor de toekomst is nu ook het definiëren van verdere toepassingsgebieden voor bacterieel alginaat en daarmee het ontsluiten van nieuwe afzetmarkten voor op maat gemaakte „Spezial-Alginate“", voegt Dr. Daniela Beck van Kelheim Fibres toe. "De variatie en optimalisatie van de materiaaleigenschappen van alginaat waren tot nu toe niet of slechts met grote inspanning mogelijk. Dankzij de inzet van de biotechnologie staat niets meer in de weg aan het genuanceerde gebruik van alginaat in de textielspecialiteitenbranche", zegt Prof. Dirk Höfer van de Hohenstein-instituten.

Industriële bedrijven die geïnteresseerd zijn in alginaatproducten uit biotechnologische productie worden uitgenodigd om deel te nemen aan de successen van de onderzoekscoöperatie. Een reeks mogelijke toepassingsgebieden staat ter beschikking voor een licentie van de technologie.