GXY

Genetisch programmierbare Kollagenmaterialien für biologisch abbaubare Hochleistungs-Textilfasern.

Motivation

Als eine der ältesten und wichtigsten Industrien spielt die Textilindustrie eine wichtige Rolle bei der Entwicklung nachhaltiger industrieller Produktionsmethoden. Allerdings sind derzeit rund 65 % aller auf dem Markt befindlichen Textilien synthetischen Ursprungs – die weltweite Produktion von Kunstfasern hat sich zwischen 2009 und 2021 verdoppelt. Die Herstellung dieser Fasern ist auf enorme Mengen fossiler Ressourcen als Rohstoffbasis und zur Bereitstellung der erforderlichen Prozesswärme angewiesen. Im Jahr 2015 verbrauchte die Textilindustrie 98 Mio. Tonnen Rohöl und war damit für 2 % der weltweiten CO2-Emissionen verantwortlich. Da die Nachfrage nach Textilien weiter steigt, wird der Erdölbedarf der Textilindustrie für das Jahr 2050 auf 300 Mio. t geschätzt – dies entspräche 26 % der gesamten CO2-Emissionen. Textilien stellen auch ein großes Umweltproblem dar. Man geht davon aus, dass Textilien zwischen 2015 und 2050 für 22 Mio. Tonnen Mikroplastik verantwortlich sein werden, das in die Ozeane gelangt. Darüber hinaus entsorgt jeder Europäer jedes Jahr etwa 11 kg Textilien. 73 % der ausrangierten Kleidung (~29,2 Mio. t/Jahr) und 87 % der Textilfasern werden derzeit entweder verbrannt oder auf Deponien entsorgt. Bei der Herstellung von Kunstfasern werden außerdem große Mengen giftiger Chemikalien verwendet, die eine Gefahr für die Gesundheit und die Umwelt darstellen.

Ziel

In der Projektlaufzeit von 19 Monaten zielt GXY auf eine schnelle, kosteneffiziente, kollaborative Entwicklung zur skalierbaren Herstellung neuartiger, genetisch programmierbarer und biotechnologisch hergestellter Proteinmaterialien auf Kollagenbasis für hochleistungsfähige und verbraucherorientierte Textilfasern. Ein auf molekularer Ebene definierbares Eigenschaftsprofil mit erwünschten funktionellen Eigenschaften wie Elastizität, Biokompatibilität und Abbaubarkeit ermöglicht den Einsatz von Kollagenfasern in einer Vielzahl von textilen Anwendungen als Ersatz für derzeit verfügbare chemisch synthetisierte Fasern.

GXY VISUALIsiert

FORSCHUNGSANSATZ

GXY widmet sich dem Design und der Programmierbarkeit von Kollagenpolypeptiden, die biotechnologisch durch rekombinante Proteinsynthese in einem Bioreaktor hergestellt werden. GXY hat die einzigartige Kollagenzusammensetzung eines biologischen Gewebes, der Haut des Goldschlägers, entschlüsselt, die in der Vergangenheit als Hochleistungstextil verwendet wurde. Wir folgen der Methodik des „Reverse Engineering“, um das Eigenschaftsprofil des nativen Gewebes mit Hilfe biosynthetischer Proteine nachzuahmen. Bei GXY sind Biomaterialeigenschaften wie Dehnbarkeit, Zugfestigkeit und Selbstheilungskräfte auf genetischer Ebene programmierbar. Ein bereits identifiziertes, neuartiges Strukturelement in der Goldschlägerhaut dient als Kernstück für den Entwurf einer Minimalsequenz. Mittels Protein-Engineering wird ein biokompatibles und kollagenhaltiges Faserprotein entwickelt, das für textile Anwendungen optimiert ist. Mit Hilfe molekularbiologischer Verfahren werden Mikroorganismen gentechnisch so verändert, dass sie diese Polypeptid-Minimalsequenz produzieren – ein Verfahren, das industriell bereits im Tonnenmaßstab zur Herstellung von Enzymen eingesetzt wird. Die gewonnene Proteinmasse kann dann zu funktionalen Fasern und Garnen versponnen werden.

Projektpartner

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Claudio Flores M.Sc. claudio@mimotype.org
Paul Aspacher B.Sc. paul@mimotype.org
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