Bioprozesse bezeichnen technisch kontrollierte Prozesse, in denen lebende Zellen (z.B. Mikroorganismen, tierische oder pflanzliche Zellen) oder isolierte Enzyme zur Umwandlung von Stoffen eingesetzt werden. Im Kontext der Werkstofftechnik dienen Bioprozesse u.a. der Synthese von Polymeren (z.B. Polymilchsäure, Polyhydroxyalkanoate), der Funktionalisierung von Oberflächen sowie der Gewinnung hochreiner Zwischenprodukte für Hybrid- und Verbundwerkstoffe.

Zentrale Elemente eines Bioprozesses sind der Bioreaktor (Reaktionsraum), das Biokatalysatorsystem (Zellen/Enzyme), das Nährmedium, sowie die verfahrenstechnische Peripherie für Sterilität, Regelung von Temperatur, pH, Sauerstoffversorgung und Scherkräften. Für die materialspezifische Anwendung ist die Korrelation von Prozessparametern mit werkstoffrelevanten Eigenschaften (Molmassenverteilung, Taktizität, Kristallinität, Porenstruktur) entscheidend.

Eine vollständige Bioprozesskette umfasst typischerweise: (1) Vorbereitung des Inokulums, (2) Kultivierung/Produktion im Bioreaktor, (3) Abtrennung biologischer Bestandteile, (4) Aufreinigung und Fraktionierung, (5) Formulierung zu verarbeitbaren Vorprodukten (Pulver, Lösungen, Dispersionen) und ggf. (6) weitere thermische oder chemische Konversion zu Endwerkstoffen.

Die Bioprozessentwicklung adressiert die systematische Auslegung und Optimierung dieser Schritte, häufig mittels Scale-down-Experimenten, modellbasierter Prozessführung und Prozessanalytik (PAT). Für die Werkstofftechnik stehen dabei Robustheit, Reproduzierbarkeit, Skalierbarkeit und die Einhaltung enger Toleranzen der Materialeigenschaften im Vordergrund. Bioprozesse sind zudem ein Schlüsselbaustein für bio-basierte, bioabbaubare und biokompatible Werkstoffe mit definierter Mikro- und Nanostruktur.