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Chitosan in weichen Aktoren für künstliche Muskeln

Die Nachahmung von natürlichen Antriebssystemen ist eine große Herausforderung in der Robotik. Ein Ansatz dafür sind Polymerhydrogele die z.B. Chitosan enthalten und mittels Elektrospinning zu Fasern verspinnt werden können.

Chitosan/PVA-Nanofasern als potenzielles Material für die Entwicklung von weichen Aktoren

Olvera Bernal RA, Olekhnovich RO, Uspenskaya MV. Chitosan/PVA Nanofibers as Potential Material for the Development of Soft Actuators. Polymers (Basel). 2023 Apr 25;15(9):2037. doi: 10.3390/polym15092037. PMID: 37177184; PMCID: PMC10181017.

Die Biomimetik befasst sich mit der Erforschung und der Imitation von Methoden, Designs und Prozessen der Natur in technischen Kontexten, wie zum Beispiel der Robotik. Eine der größten Herausforderungen der Robotik ist die Nachahmung von Antriebssystemen die Lebewesen die Fortbewegung ermöglichen. Die dafür genutzten Materialen werden oft als Aktoren oder künstliche Muskeln bezeichnet und dadurch definiert, dass sie ihre Form oder Größe als Reaktion auf physikalische Reize, wie Licht, Feuchtigkeit, pH-Wert oder Elektrizität verändern können. Besonders interessant sind elektroaktive Polymere (EAPs). Sie besitzen für diese Anwendung interessante Eigenschaften wie eine gute Verformbarkeit, Flexibilität, geringe Dichte, Anpassbarkeit und sind oft einfach herzustellen. Je nach Antriebsmechanismus können EAPs in zwei verschiedene Gruppen unterteilt werden. Elektronische EAPs werden angetrieben durch elektrische Felder oder Coulomb-Kräfte. Beispiele sind ferroelektrische Polymere, dielektrische Elastomere und Flüssigkristall-Elastomere. Im Gegensatz dazu werden ionische EAPs, wie z.B. ionische Polymergele, ionische Polymer-Metall-Verbundstoffe oder leitfähige Polymere, über die Veränderung ihrer Form durch die Diffusion von Ionen und ihren konjugierten Substanzen bewegt. Ideale Materialen für weiche Aktoren sind dielektrische Elastomer Aktoren (DEAs) durch ihre hohe Energiedichte, hohe Dehnung und gute elektromechanische Betätigungsleistung. Allerdings besitzen sie Nachteile, wie z.B. hohe Aktivierungsspannungen, die zu dielektrischen Zusammenbrüchen führen können.
Aus dem Grund werden vermehrt Hydrogelmaterialen auf ihre Eignung als weiche Aktoren untersucht. Durch ihre Eigenschaften auf externe Stimuli wie pH, Licht, Magnet- und elektrische Felder zu reagieren, sind sie vielversprechenden Kandidaten. Biopolymere wie Chitosan, Cellulose oder Gelantine sind dabei besonders interessant. Durch das Vorhandensein von polaren Gruppen, wie der Amino-, Hydroxyl- oder Carboxylgruppe, besitzen sie gute elektromechanische Eigenschaften. Chitosan hat ein Rückgrat aus Amino- und Hydroxylgruppen, dass ihm dadurch gute polykationischen Eigenschaften verleiht.
In der vorgestellten Studie soll Chitosan in verschiedenen Konzentrationen (2,5; 3; 3,5 und 4 wt. %) mit Polyvinylacetat (PVA) (wt.5 %) über Elektrospinning zu einen Chitosan/PVA Nanofaserhydrogel versponnen werden um es als potentielles Material für weiche Aktoren zu nutzen. Verwendet wurde dabei ein Chitosan mit einem Molekulargewicht von 260 kDa. Die Nanofaserproben wurden mit Hilfe von Fourier-Transform-Infrarot-Analysen, thermogravimetrischer Analyse (TGA), Differential-Scanning-Kalorimetrie (DSC), optischer Mikroskopie und Zugversuchen charakterisiert. Anschließend wurde das elektroaktive Verhalten der Nanofaser-Hydrogele wurde unter verschiedenen HCl-pH-Werten (2-6) bei einer konstanten Spannung (10 V) getestet.

ERGEBNISSE

  • Chitosan/PVA-Nanofasern mit unterschiedlichem Chitosan-Gehalt wurden erfolgreich mit dem Elektrospinnverfahren hergestellt
  • Nanofaser-Aktuatoren zeigten eine schnelle Spitzenverschiebung bei niedriger Spannung und erreichten eine maximale Geschwindigkeit von 1,86 mm/s bei einem pH-Wert von 3 und einer Spannung von 10 V (4 wt. % Chitosan)
  • Der elektroaktive Reaktionstest zeigte eine Abhängigkeit zwischen dem Chitosangehalt der Nanofaser und dem pH-Wert mit der Biegegeschwindigkeitsverschiebung
  • Entfaltungsergebnisse zeigten, dass der Anteil der freien Amingruppen mit steigendem Chitosangehalt zunahm und 3,6 % bzw. 4,59 % für Nanofasern mit einem Chitosangehalt von 2,5 bzw. 4 wt. % betrug
  • Ergebnisse der elektroaktiven Reaktion wurden durch die Bestimmung des Anteils der freien Amingruppen durch Entfaltung der FTIR-Spektren im Bereich von 3000-3700 cm-1 weiter unterstützt

Schlussfolgerungen: In der Studie wurde gezeigt, dass Chitosan/PVA-Nanofasern ein potenzielles Material für die Entwicklung weicher Aktuatoren sind, die Biopolymere als Basismaterial verwenden. Aufgrund der guten Biokomptabilität von Chitosan eröffnen sich dabei auch Möglichkeiten im biomedizinischen Bereich.

Link zum Artikel: https://www.mdpi.com/2073-4360/15/9/2037

Chitosane unterschiedlicher Spezifikationen finden Sie bei uns im Shop. Bei Fragen kontaktieren Sie uns gerne per Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein..

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Kontakt

  • Heppe Medical Chitosan GmbH
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    D-06120 Halle (Saale)
  • Tel.: +49 (0) 345 27 996 300
    Fax: +49 (0) 345 27 996 378
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Treffen Sie uns in 2025

Im Jahr 2025 werden wir an mehreren Symposien oder Messen teilnehmen. Wir würden uns freuen, Sie bei der nächsten Veranstaltung begrüßen zu dürfen.

Merken Sie sich die Termine folgender Veranstaltungen vor:

International Polysaccharide Conference
25. - 28. August 2025 | Sundsvall, Schweden
 
Asia-Pacific Chitin and Chitosan Symposium
26. - 29. August 2025 | Taipei, Taiwan
 
International Conference on Chitin and Chitosan
26. - 29. Oktober 2025 | Hermosillo, Mexiko
 
28. - 30. Oktober 2025 | Frankfurt, Deutschland
 
17. - 20. November 2025 | Düsseldorf, Deutschland
 
International Conference on Biopolymers and Polymer Science
04. - 06. Dezember 2025 | Paris, Frankreich

 

Wir suchen SIE - Mitarbeiter in der Produktion (m/w/d)

Keine Lust auf Langeweile? Für die Verstärkung unseres Teams suchen wir ab sofort Produktionsmitarbeiter (m/w/d) im Bereich Pharma- und Medizintechnik

Pharmakant (m/w/d) für Produktion

Die Heppe Medical Chitosan GmbH (HMC) ist ein mittelständisches Chemie-/Pharma-Unternehmen, das sich als Weltmarktführer im Bereich Chitosan und Chitosan-Derivate etabliert hat. Unser Bioprodukt wird in chemischen Verfahren im kg-Maßstab als innovativer Rohstoff für die Pharmaindustrie und Medizintechnik hergestellt. Chitosane sind unsere Passion.

Wir suchen Mitarbeiter (m/w/d), die Lust darauf haben, langfristig an der Herstellung dieser einzigartigen Rohstoffe mitzuwirken.

Zu Ihren Aufgaben gehören:

  • Betreuung verschiedener Produktionsabläufe, teilweise in Teamarbeit aber auch in Eigenverantwortung
  • Herstellung unserer Produkte durch chemische Synthese nach Rezeptur
  • Bedienung und Überwachung von Reaktoren und Mühlen
  • Abfüllung von Zwischen- und Endprodukten
  • Mitarbeit bei Syntheseentwicklungen
  • Arbeiten teilweise im GMP Umfeld (Reinraum Klasse C)
  • Dokumentation der durchgeführten Arbeiten
  • Wartung und Reinigung von Reaktoren und Arbeitsmaterialien

Es wäre super, wenn Sie Folgendes mitbringen:

  • Eine erfolgreich abgeschlossene Berufsausbildung zum Pharmakanten, Chemikanten, eine vergleichbare Ausbildung oder einen Bachelor in Chemie
  • Eine saubere, zuverlässige, strukturierte und sorgfältige Arbeitsweise
  • Erfahrungen in der Medizinprodukte- oder Pharmaindustrie von Vorteil
  • Gute Deutschkenntnisse in Wort und Schrift
  • Flexibilität, Teamfähigkeit und Qualitätsbewusstsein

Was wir Ihnen bieten:

  • Eine klasse Arbeitsatmosphäre in einem freundlichen und kollegialen Team
  • Umfassende Einarbeitung sowie Schulungen
  • Ein abwechslungsreiches Tätigkeitsfeld
  • Perspektiven für Ihre persönliche Weiterentwicklung
  • 40 Wochenstunden mit flexibler Arbeitszeit, Arbeitszeitrahmen: 07:00-18:00 Uhr
  • KEINE Wochenend- oder Schichtarbeit
  • Unbefristeter Arbeitsvertrag
  • Sehr gute Verkehrsanbindung
  • Kaffee, Tee und Wasser inklusive

Wir freuen uns auf Ihre aussagekräftige Bewerbung. Teilen Sie uns in dieser Ihren möglichen Eintrittstermin und Ihre Gehaltsvorstellung mit. Die Bewerbungsunterlagen mit Motivationsschreiben senden Sie bitte als PDF-Dokument per E-Mail an Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein.. Ihre Ansprechpartnerin unsere Geschäftsführerin Frau Katja Richter.


Wenn´s passt, können Sie sofort bei uns anfangen.

Aufpassen und nicht aus Versehen Äpfel mit Birnen vergleichen

Immer wieder findet man Publikationen in denen Chitosane miteinander verglichen werden. Zum Beispiel sind wir letztens auf ein Paper gestoßen, dass Chitosan von Crustacea mit dem von Pilzen in Anwendungen im Bereich Knochen-Gewebe-Engineering vergleichen soll (Iqbal et al. 2024). Aber inwieweit war das überhaupt aussagekräftig?

Elektrospinning von Chitosan-Nanofasern zur Wundbehandlung

Nanofasern aus Chitosan können vielseitig angewendet werden. In der vorgestellten Publikation sollen durch Elektrospinning Chitosan-Nanofasern hergestellt werden, die die Wundheilung verbessern.

Chitosan als Expient im Einsatz gegen Heliobacter pylori

H. pylori Infektionen im Magen sind nur schwer zu bekämpfen aufgrund der Bildung von Antibiotikaresistenzen, Biofilmen und intrazellulären Infektionen. In der präsentierten Studie soll eine Hydrogelplattform auf Chitosan und Palmitinsäure-Basis genutzt werden als Alternative zu einer Antibiotika-basierten Therapie.

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