Biopolymere sind Makromoleküle, die von lebenden Organismen synthetisiert oder aus biogenen Rohstoffen gewonnen werden. Im werkstofflichen Kontext umfasst der Begriff sowohl strukturelle Naturpolymere (z. B. Polysaccharide, Proteine, Nukleinsäuren) als auch technisch modifizierte Derivate und biobasierte Synthesepolymere. Zentrale Kriterien sind Herkunft (bio‑basiert), Biokompatibilität und häufig, aber nicht zwingend, biologische Abbaubarkeit.

Strukturklassen: Wichtige Gruppen sind (i) Polysaccharide wie Cellulose, Chitin, Hyaluronsäure, Glykosaminoglykane, Fucoidane und Natriumalginat, (ii) Proteine und Peptidderivate wie Kollagen und hydrolysierte Gelatine sowie (iii) mikrobielle Biopolymere, z. B. bakterielle Exopolysaccharide und extrazelluläre polymere Substanzen (EPS). Darüber hinaus existieren terpenbasierte Biopolymere und hybride Systeme wie Hyaluronsäure‑Kollagen‑Komposite.

Eigenschaften und Struktur–Eigenschafts‑Beziehungen: Biopolymere weisen oft hohe funktionelle Dichte (z. B. Hydroxyl-, Carboxyl-, Aminogruppen) auf, was gezielte chemische Modifikation und Vernetzung erlaubt. Dies ermöglicht einstellbare Hydrophilie, Quellverhalten und mechanische Eigenschaften von viskoelastischen Lösungen bis zu hochvernetzten Hydrogelen. Die hierarchische Organisation (Molekülstruktur, Suprastruktur, Morphologie) bestimmt Festigkeit, Steifigkeit, Degradationsverhalten und Diffusionseigenschaften.

Anwendungen: In der Werkstofftechnik werden Biopolymere als Matrix‑, Faser‑, Film‑ und Beschichtungsmaterialien eingesetzt, insbesondere in Biomedizin (z. B. resorbierbare Implantate, Drug‑Delivery‑Systeme, Gewebegerüste), Verpackung, Trenntechnik und als funktionelle Additive (Rheologiemodifikatoren, Bindemittel). Hybride Systeme, etwa Biopolymer‑Nanokomposite, erweitern das Eigenschaftsspektrum hin zu erhöhter mechanischer Performance und kontrollierter Bioaktivität.

Herausforderungen: Zentrale forschungsrelevante Aspekte sind strukturelle Heterogenität natürlicher Rohstoffe, Reproduzierbarkeit von Eigenschaften, Kontrolle der Abbauraten sowie die Entwicklung standardisierter Charakterisierungsmethoden und skalierbarer, nachhaltiger Prozessketten.