AG Grüne Funktionsmaterialien
Wir sind Nachhaltigkeitsenthusiasten!
Die Arbeitsgruppe „Grüne Funktionsmaterialien“, unter der Leitung von Dr. Katja Heise, ist ein junges (gegründet im Jahr 2023) und unabhängiges Team an der TUBAF und dem Institut für nanoskalige und biobasierte Materialien (INBM) angegliedert.
Unsere Arbeit umfasst insbesondere die frühe Wertschöpfungskette von Bioressourcen: von der Isolierung biobasierter Nanomaterialien, über deren chemische Modifizierung und makroskopischen Strukturierung, bis hin zur Anwendung der erhaltenen Funktionsmaterialien z. B. in Membranen, Sensoren oder biobasierter Elektronik.
Sie wollen mit uns arbeiten oder kooperieren? Dann wenden Sie sich gern direkt an Dr. Katja Heise (katja [dot] heise [at] esm [dot] tu-freiberg [dot] de).
Neuigkeiten der Gruppe auch auf LinkedIn: https://www.linkedin.com/in/green-functional-materials-group-937696294/
Ein kleiner Einblick in unsere Arbeiten: https://1drv.ms/b/s!Ajdq0e-s9YNSgtV-c7wws0_MLVWQRg?e=WJfaTh
SHK gesucht - du bist Chemikerin oder Chemiker oder studierst Angewandte Naturwissenschaften? Wir suchen ab sofort eine Hilfskraft für unser Team.
Melde dich gern bei katja [dot] heise [at] esm [dot] tu-freiberg [dot] de
Projekte
Polymermembranen können mehr als Stoffe trennen! Genau das ist das Motto der BMBF-Nachwuchsgruppe „Filtrolution“. Wir wollen Membranen herstellen, die eine gezielte Trennfunktion mit Reaktivität und Nachhaltigkeit vereinen.
In „Filtrolution“ sind Bionanopartikel-stabilisierte Emulsionen die Konstruktionsbasis für nachhaltige und reaktive Membranen. Reaktive Bestandteile, wie katalytisch wirksame Metallnanopartikel oder Enzyme, werden direkt an die Bionanopartikel in der Emulsion angebunden. Die dabei entstehenden Mikroreaktoren werden anschließend zu Reaktivmembranen verarbeitet, bei denen sie beispielsweise durch Elektrospinnen zu Fasern versponnen werden. Mit der Verbindung von Trennfunktion und Reaktivität erzielt das Projekt die Integration von Membranen als aktive Komponente in Prozesse. Dies soll in drei Anwendungen demonstriert werden:
1) der reaktiven Wasserreinigung,
2) der Synthesechemie und
3) der Speicherung und Abgabe pharmazeutischer Wirkstoffe
Laufzeit: 2023 - 2027
Förderkennzeichen: 03XP0517 (BMBF "NanoMatFutur" Nachwuchsförderung)
Weitere Informationen: https://www.werkstofftechnologien.de/projekte/nachwuchsfoerderung/nachwuchsgruppen-ressourcenschonung/dr-katja-heise-filtrolution
Das ILINK-Projekt ist ein Mobilitätsprogramm des CSIC (Consejo Superior de Investigaciones Cientificas, Espania). Ziel des Projektes ist es Hydrogele aus mariner Biomasse herzustellen und als Wachstumsmedium für therapeutische Zellen zu nutzen. Mithilfe sensorischer Methoden werden die Eigenschaften der Hydrogele überwacht und präzise auf die Bedürfnisse der Zellen angepasst.
Internationale Partner:
- Coordinator: Dr. Peter Shuttleworth, Instituto de Ciencia y Tecnología de Polímeros (CSIC), Spain
- Prof. Anna Trubetskaya, NORD University, Norway
- Dr. Duncan Macquarrie, University of York, United Kingdom
- Prof. Dr. Alexa Klettner, Kiel University, Germany
- Prof. Yvonne Joseph und Dr. Katja Heise, TU Bergakademie Freiberg, Germany
Laufzeit: 2024-2025
Förderkennzeichen: ILINK23096
Um die Nachhaltigkeit der smarten Materialien in den angedachten Anwendungen zu realisieren, sollen stimuli-responsive Biopolymere, wie Nanocellulosen, Nanochitin, Kollagen oder Polyaminosäuren zum Einsatz kommen. Eine gezielte Nano- und Mikrostrukturierung der biobasierten Matrix wird über Elektrospinnen oder 3D-Druck („Direct Ink Writing“) erzielt. Ziel ist es, auf einfache Weise Materialien mit Struktur- und Funktionsgradienten zu erzeugen und ihre Eigenschaften über externe Reize zu steuern.
Laufzeit: 01.08.2023 – 31.07.2027
ESF-Promotionsförderung der Europäischen Union, Projektnummer: 0502.0374
Weitere Informationen:
https://www.esf.de/portal/DE/ESF-Plus-2021-2027/Foerderprogramme/bmbf/zukunft_der_arbeit.html
Ziel des Promotionsprojektes von Leon Nowack ist die Herstellung biobasierter, elektrokatalytisch aktiver Kompositmaterialien mit einer präzise eingestellten 3D-Nano- und Mikroporosität.
Ausgangspunkt für die Strukturierung sind Biopolymer-basierte Hydro- und Aerogele sowie Biokolloid-stabilisierte Emulsionen und Schäume. Diese sollen für katalytische Anwendungen in der chemischen Industrie, z.B. zur Herstellung von Grundchemikalien, für sensorische Anwendungen im Life-Science Bereich und zur Entwicklung neuer Konzepte der Energiegewinnung genutzt werden.
Laufzeit: 01.09.2023 – 31.08.2027
ESF-Promotionsförderung der Europäischen Union, Projektnummer: 0502.0373
Weitere Informationen:
https://www.esf.de/portal/DE/ESF-Plus-2021-2027/Foerderprogramme/bmbf/zukunft_der_arbeit.html
Kompetenzen und Ausstattung
Die AG verfügt über einen Fluidnatek(R) LE-50 Elektrospinner mit Environmental Control Unit, zwei unabhängigen Spinnplattformen, verschiedenen Spinnköpfen (z.B. Koaxial- und Multi-Emitter) sowie unterschiedlichen Kollektoren. Gesponnen werden Nanofasermembranen bis A4-Blattgröße aus wässriger oder organischer Lösung.
Sie haben Interesse am Elektrospinnen? Dann kontaktieren Sie gern direkt unsere Expertin Dr. Vanessa Castro (vanessa [dot] oliveira-castro [at] esm [dot] tu-freiberg [dot] de). Wir freuen uns immer über neue, spannende Materialien!
Mehr Informationen zum Elektrospinnen: https://1drv.ms/b/s!Ajdq0e-s9YNSgtYCq3YkKzsJqvRA3g?e=BBrbu7
Hergestellt werden Cellulose- und Chitinnanokristalle sowie Cellulosenanofasern mit unterschiedlicher Oberflächenchemie, unter Nutzung verschiedener Hydrolyse-Prozesse und Modifizierungsmethoden. Chemische Modifizierungen nehmen wir direkt in der wässrigen Suspension, organischen Medien oder an Flüssig-Flüssig-Grenzflächen vor. Besonders interessiert uns dabei die Veränderung des Grenzflächenverhaltens der Nanomaterialien sowie ihrer Selbstassemblierung in Abhängigkeit von der Oberflächenchemie.
Beispiele üblicher Charakterisierungstechniken: IR- und NMR Spektroskopie, Rasterkraftmikroskopie (AFM), Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS), Nasschemische Verfahren (z.B. Ladungstitrationen), Dynamische Lichtstreuung (DLS)
Biopolymere und biobasierte Nanomaterialien können als präzise strukturierte Template beispielsweise für katalytisch aktive Komponenten dienen. Wir nutzen Partikel-stabilisierte Emulsionen und Schäume, Aerogele oder Nanofasermembranen zur Immobilisierung z.B. von Metallnanopartikeln, Metalloxiden und Quantum Dots (QDs).
Metallnanopartikel werden durch eine effiziente Mikrowellensynthese hergestellt. Ansprechpartner für diese Synthesemethode ist Hans Lesny (hans [dot] lesny [at] esm [dot] tu-freiberg [dot] de).
Beispiele biobasierter Materialien:
- Biobasierte Reaktivmembranen (Projekt "Filtrolution") zur Filtration, als Wirkstoffspeicher oder für katalytische Anwendungen
- Von Pickering-Emulsionen zu 3D-porösen Schäumen
- Stimuli-responsive Materialien auf der Basis von Biopolymeren
- Hydro- und Aerogele aus Lignin, Nanocellulosen und Nanochitin, Alginaten etc., z.B. für die Anwendung in Sensoren
- Hydrolyse und Syntheseequipment für biobasierte, funktionalisierte Nanomaterialien
- ATR IR-Spektroskopie
- Titrationsmethoden zur nasschemischen Charakterisierung von Bionanomaterialien
Testmethoden für biobasierte Membranen (im Aufbau)
Weitere Methoden finden Sie direkt am INBM.
Dr. Katja Heise
Dr. Katja Heise ist Expertin für Biopolymerchemie und Materialdesign auf Biobasis. Sie promovierte 2017 an der TU Dresden und in Kooperation mit BASF SE zur Herstellung von Hydrogelen auf Lignocellulosebasis für Anwendungen als Bodenverbesserungsmittel. Während ihres fünfjährigen Postdoc-Aufenthalts an der Aalto-Universität (Espoo, Finnland) erforschte sie synthetische Wege zur selektiven Funktionalisierung der Oberfläche von Nanocellulose. Im Jahr 2022 erhielt sie das renommierte NanoMatFutur-Nachwuchsgruppenstipendium (BMBF, Projekt "Filtrolution", FKZ: 03XP0517), das es ihr ermöglichte im Februar 2023 ihr eigenes Forschungsteam an der TUBAF zu gründen.
Forschungskompetenzen und Interessen: biobasierte Polymere und Kolloide, chemische Modifizierung, strukturelle und funktionelle Charakterisierung, Design funktionaler Materialien, Nachhaltigkeit
Orchid: https://orcid.org/0000-0003-4105-6759
E-Mail: katja [dot] heise [at] esm [dot] tu-freiberg [dot] de
Dr. Vanessa Castro
Dr. Vanessa Castro ist Spezialistin für Materialwissenschaften mit Schwerpunkt Polymere. Sie promovierte 2022 an der UFSC (Brasilien) mit einem Projekt zur Entwicklung leitfähiger elektrogesponnener Membranen zur Nervenregeneration. Im letzten Jahr ihrer Doktorarbeit nahm sie an einem Austauschprogramm am Institut „Institut national des sciences appliquées de Lyon“ (Frankreich) teil, um das Potenzial bioionischer Flüssigkeiten zur Verbesserung der Membraneigenschaften, wie z. B. der Biokompatibilität, zu untersuchen. Seit 2023 ist sie als Postdoc an der TUBAF Teil der Arbeitsgruppe "Grüne Funktionsmaterialien". Ihre Aufgabe im Team ist die Entwicklung grüner Pickering-Emulsionen für vielfältige Anwendungen.
Forschungskompetenzen und Interessen: mikrostrukturelle, mechanische und thermische Charakterisierungen (REM, Zugversuche, DMA, DSC und TGA) und Elektrospinning.
E-Mail: vanessa [dot] oliveira-castro [at] esm [dot] tu-freiberg [dot] de
M. Sc. Hans Lesny
M.Sc. Hans Lesny studierte Angewandten Naturwissenschaften an der TUBAF. Dieses interdisziplinäre Studium ermöglichte ihm tiefe Einblicke in chemische, physikalische und biologische Prinzipien. Während seiner Tätigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter in verschiedenen Projekten, konnte er sich zudem spezifische technische Kenntnisse in den Bereichen Sensorik und Materialwissenschaften aneignen. Im Februar 2023 begann er seine Promotion zum Thema „Herstellung und Charakterisierung von Bionanopartikeln für reaktive Membranen“ an der TUBAF in der AG „Grüne Funktionsmaterialien“.
Forschungskompetenzen und Interessen: biobasierte Polymere und Kolloide, Metallnanopartikel, chemische Sensoren, XPS, QCM
E-Mail: hans [dot] lesny [at] esm [dot] tu-freiberg [dot] de
Dipl. Ing. Laura Hohlfeld
Laura Hohlfeld erhielt ihren Diplomabschluss im Studiengang Nanotechnologie der TUBAF im Juli 2023. Seit August 2023 ist sie Doktorandin in der AG. Ziel ihrer Promotion ist die Strukturierung stimuli-responsiver Biopolymere für Anwendungen in intelligenten Membranen. Finanziert wird ihre Arbeit über ein ESF-Stipendium der Europäischen Union.
Forschungskompetenzen und Interessen: thermoresponsive Biopolymere, Methylcellulose, Pickering-Emulsionen
E-Mail: laura [dot] hohlfeld [at] student [dot] tu-freiberg [dot] de
Dipl. Ing. Leon Nowack
Leon Nowack ist auf Nanomaterialforschung und Biopolymerchemie spezialisiert. Seinen Abschluss im Studiengang Nanotechnologie (TUBAF) erhielt er im August 2023 für seine Arbeit zur selektiven Oxidation von Nanocellulose. Im selben Jahr begann er seine Doktorarbeit in der AG "Grüne Funktionsmaterialien". Ziel der Arbeit ist die Herstellung von nachhaltigen katalytischen Materialien auf der Basis präzise strukturierter Biotemplate. Finanziert wird seine Arbeit über ein ESF-Promotionsstipendium der Europäischen Union.
Forschungskompetenzen und Interessen: Biopolymere, chemische Modifizierung, strukturelle und funktionelle Charakterisierung, Biosensordesign, Katalyse
E-Mail: leon [dot] nowack [at] esm [dot] tu-freiberg [dot] de
Kristin Lehmann
Kristin Lehmann ist als Technikerin verantwortlich für die Isolierung und Charakterisierung der biobasierten Nanomaterialien.
E-Mail: kristin [dot] lehmann [at] esm [dot] tu-freiberg [dot] de
Bastian Zötzl
Bastian Zötzl ist seit 2021 Diplom-Nanotechnologie-Student an der TUBAF. Seit 2023 ist er als studentische Hilfskraft in der Gruppe „Grüne Funktionsmaterialien“ tätig und verantwortlich für das Design von Membrantestsystemen. Gleichzeitig beschäftigt er sich mit dem Elektrospinnen von Emulsionen.
Forschungskompetenzen und -interessen: Electrospinning, Nanocellulose, Programmierung von Arduino unterstützten Forschungsgeräten
E-Mail: bastian-gabriel [dot] zoetzl [at] student [dot] tu-freiberg [dot] de
Abschlussarbeiten und offene Stellen
Wir haben immer spannende Themen für Projekt-, Diplom- oder Masterarbeiten und freuen uns über neue Gesichter und Expertisen in unserem Team. Sprich uns gern direkt an oder schicke eine Mail an katja [dot] heise [at] esm [dot] tu-freiberg [dot] de
Schnell sein und ein zeitiges Kennenlernen lohnen sich! Ab Januar 2025 suchen wir eine hochmotivierte Verfahrenstechnikerin bzw. Verfahrenstechniker für eine Promotion in unserem Filtrolution-Projekt. Ziel ist es, unsere biobasierten Membranen in Membranmodule zu integrieren und diese in die Anwendung zu bringen.
Hard facts: 3 Jahre (1/25-12/27), 0.75 VZÄ, E13
Bei Interesse gern eine direkte E-Mail an katja [dot] heise [at] esm [dot] tu-freiberg [dot] de (katja[dot]heise[at]esm[dot]tu-freiberg[dot]de)