Unter Immobilisierung versteht man die räumliche Fixierung von Enzymen, Zellen, Mikroorganismen oder anderen Biomolekülen an oder in einer meist festen Phase, sodass ihre Beweglichkeit stark eingeschränkt ist, während ihre biologische Funktion möglichst erhalten bleibt. In den Materialwissenschaften ist die Immobilisierung ein zentrales Konstruktionsprinzip für Biokatalysatoren, Biosensoren, bioaktive Oberflächen und biomedizinische Systeme.

Wesentliche Strategien sind: (1) physikalische Adsorption an Oberflächen über Van-der-Waals-, elektrostatische oder hydrophobe Wechselwirkungen, (2) Einschluss in Gele, Polymermatrices oder poröse anorganische Träger (z. B. Sol‑Gel-Gläser), (3) kovalente Immobilisierung über funktionalisierte Oberflächen (z. B. Epoxid-, Carboxyl-, Aminogruppen), sowie (4) Membran- und Kapselsysteme, bei denen Diffusion als Transportmechanismus dominiert. Die Wahl der Methode beeinflusst Stabilität, Aktivität, Massentransport und Regenerierbarkeit des Systems.

Für die Werkstoffentwicklung sind insbesondere die Kompatibilität von Trägermaterial und Biomolekül, die Porenstruktur (Oberfläche, Tortuosität, Diffusionslängen), sowie die chemische und mechanische Stabilität der Immobilisierungsschicht entscheidend. Enzym- und Zellimmobilisierung ermöglichen eine verbesserte Temperatur-, pH- und Lösemittelstabilität, Wiederverwendbarkeit und Prozessintegration in reaktiven oder sensorischen Oberflächen. Herausforderungen bestehen in der Minimierung von Inaktivierung durch Denaturierung, in der Kontrolle von Leaching und in der langzeitstabilen Kopplung an anorganische oder polymere Träger mit definierter Mikro- und Nanostruktur.