Eine in der Zeitschrift Engineering veröffentlichte Übersichtsarbeit beleuchtet die innovativen Anwendungen und Designprinzipien superbenetzbarer Systeme auf Stärkebasis und unterstreicht das Potenzial von Stärke als umweltfreundliche Alternative zu synthetischen Polymeren. Die Studie, verfasst von Fan Wang, Rongrong Ma, Jingling Zhu, Wei Ma, Jun Li und Yaoqi Tian, zeigt, wie Stärke – ein biologisch abbaubares, ungiftiges und kostengünstiges Naturpolymer aus Nutzpflanzen wie Mais, Weizen und Kartoffeln – zur Entwicklung fortschrittlicher Materialien mit extremen Benetzungseigenschaften beiträgt.
Superbenetzbare Systeme, inspiriert von natürlichen Oberflächen wie Lotusblättern (superhydrophob) oder Zikadenflügeln (antibakteriell), zeichnen sich durch extreme Wasserabweisung oder Wasseranziehung aus. Die Studie erläutert, wie die Benetzbarkeit, bestimmt durch Oberflächenenergie und -topographie, durch chemische Modifikationen von Stärke gezielt eingestellt werden kann. Stärke wird in verschiedenen Formen genutzt: als kolloidale Systeme, 0D-Granulate, 1D-Fasern, 2D-Filme und 3D-poröse Materialien. Diese Vielseitigkeit ermöglicht Anwendungen in Bereichen wie Verpackung, Wasseraufbereitung und Biomedizin.
Ein zentrales Ergebnis ist der Einsatz von Stärke in funktionellen Biomaterialien. Beispielsweise wurden zwitterionische stärkebasierte Mizellen entwickelt, die als Plattformen für die Arzneimittelverabreichung dienen, indem sie der Immunerkennung entgehen und die Zirkulationszeit im Körper verlängern. In der Verpackungsindustrie ermöglichen superhydrophobe Stärkebeschichtungen langlebigere, wasserabweisende Materialien, die Abfall reduzieren. In der Wasseraufbereitung zeigen stärkebasierte poröse Materialien und Fasermembranen hohe Effizienz bei der Öl-Wasser-Trennung, indem sie Öl selektiv absorbieren, was sie ideal für die Reinigung von Industrieabwässern oder Ölverschmutzungen macht. Sogar in der Lebensmittelindustrie findet Stärke Anwendung, etwa bei Popcorn, dessen superhydrophile Natur den Geschmack und die Textur verbessert.
Die Studie betont die Nachhaltigkeit von Stärke als Alternative zu nicht abbaubaren Polymeren, insbesondere vor dem Hintergrund globaler Umweltprobleme. Die Autoren fordern weitere Forschung, um das Potenzial von Stärke in skalierbaren, umweltfreundlichen Materialien auszuschöpfen, die sowohl ökologische als auch gesundheitliche Herausforderungen adressieren könnten. Die Ergebnisse bieten eine Grundlage für innovative Anwendungen in der Materialwissenschaft und könnten die Entwicklung nachhaltiger Technologien vorantreiben.
Hintergrund: Die Forschung, veröffentlicht unter DOI 10.1016/j.eng.2025.04.022, wurde in Engineering, einer renommierten Zeitschrift für angewandte Wissenschaften, veröffentlicht. Stärke, eines der am häufigsten verfügbaren Naturpolymere, wird aufgrund seiner geringen Kosten und biologischen Abbaubarkeit zunehmend als Schlüsselmaterial für die grüne Chemie betrachtet. Die Studie unterstreicht die Bedeutung interdisziplinärer Ansätze, die chemische Modifikation, Oberflächendesign und nachhaltige Produktion kombinieren, um neue Standards in der Materialwissenschaft zu setzen.
