Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie, Institutsteil Bioanalytik und Bioprozesse IZI-BB
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Smarte Membranen

Maßgeschneiderte Nanofaser Membranen – für Filtration, Extraktion, Bioanalytik und Point-of-Care Technologien

Wir entwickeln Membranen aus Nanofasern, die sich individuell funktionalisieren lassen. Im Vergleich zu herkömmlichen Membranen ist unser System flexibel konfigurierbar, von der Wahl der Polymere über das Doping mit funktionellen Additiven bis zur Oberflächenmodifikation. Die poröse Struktur ist durchlässig für Gase und Flüssigkeiten und eignet sich ideal für Filtration und Schnelltests, während die enorme aktive Fläche höchste Sensitivität, effiziente Extraktion und Materialeinsparung bietet – ideal für Miniaturisierung. Unser Portfolio umfasst maßgeschneiderte Nanofaser-Membranen mit kontrollierbarer Faserdicke und Porengröße, vielfältigen Materialien und Funktionalisierungen, die direkt in gängige Systeme integriert werden können, analog zu herkömmlichen Membranen.

Charakteristika und Nutzungspotentiale der Technologie

  • Einfach Herstellung mittels Elektrospinning aus einem breiten Spektrum an Polymertypen (z.B. PS, Nylon, PLA, Polyimid, PVP, PVA)
  • Entwicklung von smarten Membranen und Faservliesen mit flexiblen Materialeigenschaften:
    • Hydrophobizität
    • Dotierung mit Partikeln, Ladungen oder Farbstoffen
    • Biofunktionalisierung
    • Elektrische Leitfähigkeit
  • Einfache Integration in bestehenden Systemen:  z.B. Kompatibilität mit Spritzenfiltern, Masken oder Lateral-Flow Anwendungen
  • Materialanpassungen »On-Demand«: Für spezifische Anwendungsfälle und Forschungsprojekte.
  • Hochskalierung der Produktion in Meterware im Rolle-zu-Rolle Verfahren

Wir setzen unsere Kompetenzen für Ihre Forschungsziele ein.

© Fraunhofer IZI-BB

Unser Beitrag zu Ihrem Projekt

  • Design und Entwicklung neuer Membranen im Hinblick auf Ihre Anforderungen
  • Beratung bei der Auswahl geeigneter Membranmaterialien und Modifikationen
  • Einbettung von Membranen in Beispielsysteme
  • Charakterisierung der Membranen und Evaluierung der Performance
  • Bereitstellung von Materialmustern

© Universität Regensburg

Smarte Membranen

Möchten Sie mehr zu konkreten Einsatzmöglichkeiten dieser Technologie erfahren? 

In Kürze finden Sie hier weitere Angebote und Informationen zu Anwendungen!

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PriCarNo: Druckbare 3D-Elektroden aus Kohlenstoffnanofasern

Als leistungsstarke Elektroden für Point-of-Care Anwendungen

© Fraunhofer IZI-BB
Gedruckte Kohlenstoff-Nanofaser-Elektroden mit Möglichkeit zur Massenproduktion.

Auf Basis von Kohlenstoffnanofasern werden in diesem Projekt miniaturisierte Elektroden (PriCarNo) entwickelt, die im großen Maßstab hergestellt werden können. Die große Oberfläche der Elektroden, die anpassbaren Eigenschaften und Funktionalität, sowie die ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit bieten Vorteile für Point-of-Care Anwendungen.

PriCarNo können einfach in Point-of-Care Tests integriert werden, z.B. in Lateral-Flow-Teststreifen, Gesichtsmasken, Pflaster, Spritzenfilter usw. Die Durchlässigkeit und hohe Porösität von PriCarNo ermöglichen effiziente Aufkonzentrierung und hochsensible Messung.

Methoden

  • Formulierung von Polymerlösungen und –gemischen sowie Einbringung funktioneller Additive
  • Etablierung von robusten und reproduzierbaren Elektrospinningprotokollen
  • Anpassung von Materialeigenschaften durch Optimierung von Prozessparametern
  • Nachträgliche Oberflächenmodifikation und Funktionalisierung von Faserfliesen/Membranen für spezifische Anforderungen

 

Geräte

  • Elektrospinning Anlagen mit stationärem oder Trommelkollektor
  • SEM zur Materialcharakterisierung
  • Laserschneidesystem mit CO2 -Laser
  • Kontaktwinkelmessung
  • Fouriertransformierte IR-Spektrometrie
  • Multikanal Potentiostat auch geeignet für Impedanzmessungen
  • Hotpress/Möglichkeiten zur UV-Ozon oder Plasma-Behandlung

Publikationen

  • Grotz BV, R von Bieberstein K, Wongkaew N, Duerkop A, Frey MW, Baeumner AJ. Engineered Nanofiber-Hydrogel Systems for Colorimetric Lactate Sensing from Breath. ACS Appl. Mater. Interfaces (2025) 17,46, 63009–63019.
  • Wieberneit AJ, Baumann S, Triebel H, Dietrich S, Wongkaew N, Castrop H,  Baeumner AJ. Production of Irregularly Shaped True-To-Life Microplastics with Embedded Optical Labels and Exemplary Application in an Ex Vivo Model. Environ. Sci. Technol. (2025) 59, 35, 18525–18537.
  • Bruckschlegel C, Fleischmann V, Ullrich A, Girard L, Bauduin P, Baeumner AJ, Wongkaew N. Laser-Generated Pt/Ni Nanocatalysts-Carbon Nanofibers Enabling Self-Calibrated Enzyme-Free Glucose Detection at Physiological pH. Anal. Bioanal. Chem. (2025) 417, 3337–3351.
  • Fiori S, Bruckschlegel C, Weiss K, Su K, Foedlmeier M, Della Pelle F, Scroccarello A, Compagnone D, Baeumner AJ, Wongkaew N. Laser-Induced Carbon Nanofibers as Permeable Nonenzymatic Sensor for Biomarker Detection in Breath Aerosol. Anal. Chem. (2025) 97, 8, 4293–4298.
  • Wieberneit AJ, Wongkaew N, Baeumner AJ. Novel Electrospun Zwitterionic Nanofibers for Point‐Of‐Care Nucleic Acid Isolation Strategies Under Mild Conditions. Adv. Mater. Interfaces (2024) 11, 2400329.
  • Perju A, Holzhausen F, Lauerer A-M, Wongkaew N, Baeumner AJ. Flow-Through Carbon Nanofiber-Based Transducer for Inline Electrochemical Detection in Paper-Based Analytical Devices. ACS Appl. Mater. Interfaces (2023) 15, 38, 44641–44653.
  • Perju A, Baeumner AJ, Wongkaew, N. Freestanding 3D-Interconnected Carbon Nanofibers as High-Performance Transducers in Miniaturized Electrochemical Sensors. Microchim. Acta (2022) 189, 424.
  • Simsek M, Hoecherl K, Schlosser M, Baeumner AJ, Wongkaew N. Printable 3D Carbon Nanofiber Networks with Embedded Metal Nanocatalysts. ACS Appl. Mater. Interfaces (2020) 12, 35, 39533–39540.
  • Wongkaew N, Simsek M, Heider J, Wegener J, Baeumner AJ, Schreml S, Stolwijk JA. Cytocompatibility of Mats Prepared from Different Electrospun Polymer Nanofibers. ACS Appl. Bio Mater. (2020) 3, 8, 4912–4921.
  • Wongkaew N. Nanofiber-Integrated Miniaturized Systems: an Intelligent Platform for Cancer Diagnosis. Anal. Bioanal. Chem. (2019) 411, 4251–4264.
  • Yurova NS, Danchuk A, Mobarez SN, Wongkaew N, Rusanova T, Baeumner AJ, Duerkop A. Functional Electrospun Nanofibers for Multimodal Sensitive Detection of Biogenic Amines in Food via a Simple Dipstick Assay. Anal. Bioanal. Chem. (2018) 410, 1111–1121.
  • Buchner M, Ngoensawat U, Schenck M, Fenzl C, Wongkaew N, Matlock-Colangelo L, Hirsch T, Duerkop A, Baeumner AJ. Embedded Nanolamps in Electrospun Nanofibers Enabling Online Monitoring and Ratiometric Measurements. J. Mater. Chem. C (2017) 5, 9712-9720.

Patente

  • Baeumner AJ, Wongkaew N, Perju A. Carbon Nanofiber Electrodes for Flow-Through Electrochemical Sensor. US2024402119A1