{"id":{"repo_id":"tu-berlin","oai_identifier":"oai:depositonce.tu-berlin.de:11303/25991"},"canonical_url":"https://search.dev.ndltd.org/etd/tu-berlin/oai:depositonce.tu-berlin.de:11303/25991","repository":{"repo_id":"tu-berlin","name":"Technische Universität Berlin","base_url":"https://api-depositonce.tu-berlin.de/server/oai/request"},"display":{"title":"Phase behaviour and structure formation of alginate-protein composite gels used in 3D bioprinting","abstract":"Alginate-protein composite gels are widely used across various industries, with a key application in extrusion-based 3D bioprinting. Alginate offers favourable printability and rapid ionic gelation but lacks cell-adhesive properties. Gelatin addresses these limitations by providing RGD motifs essential for cell attachment and enhancing scaffold porosity through temperature-sensitive dissolution. However, its animal origin raises ethical and sustainability concerns, particularly in bioprinting applications targeting the reduction of animal testing or cultured meat production. This creates a need for animal-free alternatives that maintain the functional advantages of alginate-gelatin systems. However, successful substitution requires a comprehensive understanding of the molecular interactions and phase behaviour as well as the influence of different protein characteristics on the structure development. The overall aim of this thesis was to investigate the structure formation of alginate-gelatin composite gels and provide a scientific foundation for replacing gelatin with plant-based proteins – specifically, commercial pea protein – in the development of vegan bioinks. Therefore, the research was structured around three objectives: (1) understanding the molecular interactions in dilute alginate-gelatin systems, (2) characterisation of the structure formation in concentrated and gelled systems, and (3) evaluating the effect of pea protein on alginate gelation and its suitability as a gelatin substitute. At the first stage, dilute binary and ternary alginate-gelatin solutions were studied at neutral pH using zeta potential, rheology, viscometry, osmometry, and FTIR spectroscopy to assess molecular conformation, interaction parameters, and secondary structure changes under varying ionic strengths and solvent conditions. At the second stage, concentrated mixtures were analysed to investigate the impact of mixing ratio and gelatin state (liquid or gelled) on network formation. Alginate gelation was induced via internal cross-linking using Ca-EDTA/GDL, and structural properties were assessed through rheological analysis of the gel strength and gelation velocity as well as confocal laser scanning microscopy. At the third stage, alginate-pea protein composite gels were investigated using a novel two-component cartridge and static mixer system. This setup allowed for rapid mixing of the biopolymer mixture and calcium under shear, enabling rheological monitoring of the initial gelation behaviour, while closely resembling the bioink preparation. The effect of pea protein on the alginate gelation was analysed in solvents of varying ionic strength and in a cell culture medium. In dilute alginate-gelatin systems, weak attractive interactions and potential complex formation were indicated by negative cross-virial coefficients and the viscometric interaction parameter ε. These interactions were significantly influenced by the ionic strength and mixing ratio, but not by urea, suggesting that electrostatic forces rather than hydrogen bonds primarily govern the interaction. FTIR spectroscopy revealed no changes in the secondary structure of gelatin. In concentrated gelled systems, the temperature-dependent physical state of gelatin strongly influenced the alginate gelation. While liquid gelatin delayed the alginate gelation likely by steric hindrance and by buffering the pH drop facilitating the calcium release, gelled gelatin promoted faster alginate gelation due to inducing phase separation. The combination of rheological measurements and microstructural imaging revealed that the final network structure was governed by the competition between gelation rate and phase separation rate. For pea protein, the electrostatic repulsion between alginate and pea protein resulted in strong tendencies toward phase separation, proposing a challenge for homogenous gel formation. The rapid gelation using the novel mixing approach kinetically trapped the system before macroscopic phase separation occurred. Rheological characterisation showed that pea protein reduced the gel strength and delayed gelation, likely due to steric hindrance and potential calcium-binding capacity. Elevated ionic strength mitigated the delay of gelation to some extent, though this was less effective in cell culture medium. Overall, this thesis demonstrates that structurally stable and printable alginate-protein composite gels can be achieved without specific repulsive or attractive molecular interaction between components, provided that gelation occurs rapidly enough to prevent phase separation on a macroscopic level. The results highlight the critical role of formulation and process parameters – such as component concentrations, calcium availability, and mixing strategy – in tuning the properties of composite gels for bioink applications. These findings provide a framework for the development of functional, animal-free bioinks, offering a pathway toward more ethical and sustainable 3D bioprinting applications.","abstract_html":"Alginate-protein composite gels are widely used across various industries, with a key application in extrusion-based 3D bioprinting. Alginate offers favourable printability and rapid ionic gelation but lacks cell-adhesive properties. Gelatin addresses these limitations by providing RGD motifs essential for cell attachment and enhancing scaffold porosity through temperature-sensitive dissolution. 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Therefore, the research was structured around three objectives: (1) understanding the molecular interactions in dilute alginate-gelatin systems, (2) characterisation of the structure formation in concentrated and gelled systems, and (3) evaluating the effect of pea protein on alginate gelation and its suitability as a gelatin substitute. At the first stage, dilute binary and ternary alginate-gelatin solutions were studied at neutral pH using zeta potential, rheology, viscometry, osmometry, and FTIR spectroscopy to assess molecular conformation, interaction parameters, and secondary structure changes under varying ionic strengths and solvent conditions. At the second stage, concentrated mixtures were analysed to investigate the impact of mixing ratio and gelatin state (liquid or gelled) on network formation. Alginate gelation was induced via internal cross-linking using Ca-EDTA/GDL, and structural properties were assessed through rheological analysis of the gel strength and gelation velocity as well as confocal laser scanning microscopy. At the third stage, alginate-pea protein composite gels were investigated using a novel two-component cartridge and static mixer system. This setup allowed for rapid mixing of the biopolymer mixture and calcium under shear, enabling rheological monitoring of the initial gelation behaviour, while closely resembling the bioink preparation. The effect of pea protein on the alginate gelation was analysed in solvents of varying ionic strength and in a cell culture medium. In dilute alginate-gelatin systems, weak attractive interactions and potential complex formation were indicated by negative cross-virial coefficients and the viscometric interaction parameter ε. These interactions were significantly influenced by the ionic strength and mixing ratio, but not by urea, suggesting that electrostatic forces rather than hydrogen bonds primarily govern the interaction. FTIR spectroscopy revealed no changes in the secondary structure of gelatin. In concentrated gelled systems, the temperature-dependent physical state of gelatin strongly influenced the alginate gelation. While liquid gelatin delayed the alginate gelation likely by steric hindrance and by buffering the pH drop facilitating the calcium release, gelled gelatin promoted faster alginate gelation due to inducing phase separation. The combination of rheological measurements and microstructural imaging revealed that the final network structure was governed by the competition between gelation rate and phase separation rate. For pea protein, the electrostatic repulsion between alginate and pea protein resulted in strong tendencies toward phase separation, proposing a challenge for homogenous gel formation. The rapid gelation using the novel mixing approach kinetically trapped the system before macroscopic phase separation occurred. Rheological characterisation showed that pea protein reduced the gel strength and delayed gelation, likely due to steric hindrance and potential calcium-binding capacity. Elevated ionic strength mitigated the delay of gelation to some extent, though this was less effective in cell culture medium. Overall, this thesis demonstrates that structurally stable and printable alginate-protein composite gels can be achieved without specific repulsive or attractive molecular interaction between components, provided that gelation occurs rapidly enough to prevent phase separation on a macroscopic level. The results highlight the critical role of formulation and process parameters – such as component concentrations, calcium availability, and mixing strategy – in tuning the properties of composite gels for bioink applications. 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The overall aim of this thesis was to investigate the structure formation of alginate-gelatin composite gels and provide a scientific foundation for replacing gelatin with plant-based proteins – specifically, commercial pea protein – in the development of vegan bioinks. Therefore, the research was structured around three objectives: (1) understanding the molecular interactions in dilute alginate-gelatin systems, (2) characterisation of the structure formation in concentrated and gelled systems, and (3) evaluating the effect of pea protein on alginate gelation and its suitability as a gelatin substitute. At the first stage, dilute binary and ternary alginate-gelatin solutions were studied at neutral pH using zeta potential, rheology, viscometry, osmometry, and FTIR spectroscopy to assess molecular conformation, interaction parameters, and secondary structure changes under varying ionic strengths and solvent conditions. At the second stage, concentrated mixtures were analysed to investigate the impact of mixing ratio and gelatin state (liquid or gelled) on network formation. Alginate gelation was induced via internal cross-linking using Ca-EDTA/GDL, and structural properties were assessed through rheological analysis of the gel strength and gelation velocity as well as confocal laser scanning microscopy. At the third stage, alginate-pea protein composite gels were investigated using a novel two-component cartridge and static mixer system. This setup allowed for rapid mixing of the biopolymer mixture and calcium under shear, enabling rheological monitoring of the initial gelation behaviour, while closely resembling the bioink preparation. The effect of pea protein on the alginate gelation was analysed in solvents of varying ionic strength and in a cell culture medium. In dilute alginate-gelatin systems, weak attractive interactions and potential complex formation were indicated by negative cross-virial coefficients and the viscometric interaction parameter ε. These interactions were significantly influenced by the ionic strength and mixing ratio, but not by urea, suggesting that electrostatic forces rather than hydrogen bonds primarily govern the interaction. FTIR spectroscopy revealed no changes in the secondary structure of gelatin. In concentrated gelled systems, the temperature-dependent physical state of gelatin strongly influenced the alginate gelation. While liquid gelatin delayed the alginate gelation likely by steric hindrance and by buffering the pH drop facilitating the calcium release, gelled gelatin promoted faster alginate gelation due to inducing phase separation. The combination of rheological measurements and microstructural imaging revealed that the final network structure was governed by the competition between gelation rate and phase separation rate. For pea protein, the electrostatic repulsion between alginate and pea protein resulted in strong tendencies toward phase separation, proposing a challenge for homogenous gel formation. The rapid gelation using the novel mixing approach kinetically trapped the system before macroscopic phase separation occurred. Rheological characterisation showed that pea protein reduced the gel strength and delayed gelation, likely due to steric hindrance and potential calcium-binding capacity. Elevated ionic strength mitigated the delay of gelation to some extent, though this was less effective in cell culture medium. Overall, this thesis demonstrates that structurally stable and printable alginate-protein composite gels can be achieved without specific repulsive or attractive molecular interaction between components, provided that gelation occurs rapidly enough to prevent phase separation on a macroscopic level. The results highlight the critical role of formulation and process parameters – such as component concentrations, calcium availability, and mixing strategy – in tuning the properties of composite gels for bioink applications. These findings provide a framework for the development of functional, animal-free bioinks, offering a pathway toward more ethical and sustainable 3D bioprinting applications.","Alginat-Protein-Kompositgele werden vielseitig in unterschiedlichsten Industriezweigen eingesetzt, wobei sie eine zentrale Anwendung im extrusionsbasierten 3D-Bioprinting finden. Alginat ermöglicht hierbei eine gute Druckbarkeit und eine schnelle ionische Gelierung, weist jedoch keine zelladhäsiven Eigenschaften auf. Gelatine adressiert diese Limitationen durch Bereitstellung von RGD-Motiven, die für die Zellanhaftung essentiell sind, sowie durch die zusätzliche temperaturabhängige Auflösung des Gelatinegels, welche die Porosität der gedruckten Strukturen erhöht. Die tierische Herkunft von Gelatine wirft jedoch ethische und nachhaltigkeitsbezogene Bedenken auf – insbesondere im Kontext von Bioprinting-Anwendungen, die auf die Reduktion von Tierversuchen oder die Herstellung von kultiviertem Fleisch abzielen. Dementsprechend steigt das Interesse an tierfreien Alternativen, die die funktionellen Vorteile von Alginat-Gelatine-Systemen aufrechterhalten. Ein erfolgreicher Ersatz erfordert jedoch ein tiefgehendes Verständnis der molekularen Wechselwirkungen, des Phasenverhaltens sowie des Einflusses unterschiedlicher Proteineigenschaften auf die Strukturbildung der Kompositgele. Das übergeordnete Ziel dieser Arbeit bestand darin, die Strukturbildung von Alginat-Gelatine-Kompositgelen zu untersuchen und eine wissenschaftliche Grundlage für den Ersatz von Gelatine durch pflanzenbasierte Proteine – insbesondere kommerziell erhältliches Erbsenprotein – bei der Entwicklung veganer Biotinten zu schaffen. Entsprechend wurde die Untersuchung in drei Ziele gegliedert: (1) das Verständnis molekularer Wechselwirkungen in verdünnten Alginat-Gelatine-Systemen, (2) die Charakterisierung der Strukturbildung in konzentrierten und gelierten Systemen sowie (3) die Evaluierung des Einflusses von Erbsenprotein auf die Alginatgelierung und dessen Eignung als Gelatineersatz. In der ersten Phase wurden verdünnte binäre und ternäre Alginat-Gelatine-Lösungen bei neutralem pH-Wert mittels Zeta-Potential, Rheologie, Viskosimetrie, Osmometrie und FTIR-Spektroskopie untersucht. Hierbei wurde die molekulare Konformation der Biopolymere, Wechselwirkungsparameter sowie Änderungen in der Sekundärstruktur bei verschiedenen Ionenstärken und Lösemittelbedingungen analysiert. In der zweiten Phase wurden konzentrierte Mischungen untersucht, um den Einfluss des Mischungsverhältnisses und des Zustands der Gelatine (flüssig oder geliert) auf die Netzwerkbildung zu ermitteln. Die Alginatgelierung wurde über eine interne Gelierung mittels Ca-EDTA/GDL initiiert, und die strukturellen Eigenschaften wurden mittels rheologischer Analyse der Gelstärke und Gelierungs-geschwindigkeit sowie durch konfokale Laserscanning-Mikroskopie erfasst. In der dritten Phase wurden Alginat-Erbsenprotein-Kompositgele mit einem neuartigen Zwei-Komponenten-Kartuschensystem mit statischem Mischer untersucht. Dieses System ermöglichte eine schnelle Vermischung der Biopolymere und Calcium unter Scherbelastung und erlaubte die rheologische Untersuchung des initialen Gelierungsverhaltens unter Bedingungen, die der Biotinten-Herstellung nahekommen. Der Einfluss von Erbsenprotein auf die Alginatgelierung wurde in Lösemitteln mit variierender Ionenstärke sowie in einem Zellkulturmedium untersucht. In verdünnten Alginat-Gelatine-Systemen deuteten negative Cross-Virial-Koeffizienten sowie der viskosimetrische Wechselwirkungsparameter ε auf schwache attraktive Wechselwirkungen und eine potentielle Komplexbildung hin. Diese Wechselwirkungen wurden signifikant durch Ionenstärke und Mischungsverhältnis beeinflusst, jedoch nicht durch Harnstoff, was darauf hindeutet, dass elektrostatische Kräfte – und nicht Wasserstoffbrückenbindungen – die Interaktion primär bestimmen. Die FTIR-Spektroskopie zeigte keine Veränderungen in der Sekundärstruktur der Gelatine. In konzentrierten, gelierten Systemen hatte der temperaturabhängige Zustand der Gelatine einen maßgeblichen Einfluss auf die Alginatgelierung. Flüssige Gelatine verzögerte die Gelierung vermutlich durch sterische Hinderung sowie durch Pufferung des pH-Abfalls, der die Calciumfreisetzung ermöglicht. Gelierte Gelatine hingegen beschleunigte die Alginatgelierung aufgrund der induzierten Phasentrennung. Die Kombination aus rheologischen Messungen und mikrostruktureller Bildgebung zeigte, dass die finale Netzwerkstruktur durch das Zusammenspiel von Gelierungsrate und Phasentrennungsgeschwindigkeit bestimmt wurde. Bei Verwendung von Erbsenprotein führte die elektrostatische Abstoßung zwischen Alginat und Erbsenprotein zu einer ausgeprägten Tendenz zur Phasentrennung, was die Bildung homogener Gele erschwert. Die schnelle Gelierung mittels des neuartigen Mischverfahrens ermöglichte jedoch eine kinetische Fixierung des Systems, bevor eine makroskopische Phasentrennung einsetzte. Die rheologische Charakterisierung zeigte, dass Erbsenprotein die Gelstärke reduzierte und die Gelierung verzögerte, was vermutlich auf sterische Effekte und die Calcium-Bindungskapazität des Proteins zurückzuführen ist. Eine erhöhte Ionenstärke verminderte diese Verzögerung teilweise, war jedoch im Zellkulturmedium weniger effektiv. Insgesamt zeigt diese Arbeit, dass strukturell stabile und druckbare Alginat-Protein-Kompositgele auch ohne spezifische repulsive oder attraktive molekulare Wechselwirkungen zwischen den Komponenten realisierbar sind, vorausgesetzt, die Gelierung erfolgt schnell genug, sodass eine makroskopische Phasentrennung verhindert wird. Die Ergebnisse unterstreichen die entscheidende Rolle von Formulierungs- und Prozessparametern – wie Biopolymerkonzentrationen, Calciumverfügbarkeit und Mischstrategie – bei der gezielten Einstellung der Eigenschaften von Kompositgelen für den Einsatz als Biotinten. Diese Erkenntnisse liefern eine Grundlage für die Entwicklung funktionaler, tierfreier Biotinten und eröffnen neue Perspektiven für ethisch vertretbare und nachhaltige Anwendungen im 3D-Bioprinting."]},{"key":"dc:title","label":"Title","values":["Phase behaviour and structure formation of alginate-protein composite gels used in 3D bioprinting"]}]}],"canonical_facts":{"dc:contributor.advisor":["Wagemans, Anja Maria"],"dc:creator":["Bäther, Sabrina"],"dc:date.accessioned":["2025-12-19T14:50:25Z"],"dc:date.available":["2025-12-19T14:50:25Z"],"dc:date.issued":["2025"],"dc:description.abstract":["Alginate-protein composite gels are widely used across various industries, with a key application in extrusion-based 3D bioprinting. Alginate offers favourable printability and rapid ionic gelation but lacks cell-adhesive properties. Gelatin addresses these limitations by providing RGD motifs essential for cell attachment and enhancing scaffold porosity through temperature-sensitive dissolution. However, its animal origin raises ethical and sustainability concerns, particularly in bioprinting applications targeting the reduction of animal testing or cultured meat production. This creates a need for animal-free alternatives that maintain the functional advantages of alginate-gelatin systems. However, successful substitution requires a comprehensive understanding of the molecular interactions and phase behaviour as well as the influence of different protein characteristics on the structure development. The overall aim of this thesis was to investigate the structure formation of alginate-gelatin composite gels and provide a scientific foundation for replacing gelatin with plant-based proteins – specifically, commercial pea protein – in the development of vegan bioinks. Therefore, the research was structured around three objectives: (1) understanding the molecular interactions in dilute alginate-gelatin systems, (2) characterisation of the structure formation in concentrated and gelled systems, and (3) evaluating the effect of pea protein on alginate gelation and its suitability as a gelatin substitute. At the first stage, dilute binary and ternary alginate-gelatin solutions were studied at neutral pH using zeta potential, rheology, viscometry, osmometry, and FTIR spectroscopy to assess molecular conformation, interaction parameters, and secondary structure changes under varying ionic strengths and solvent conditions. At the second stage, concentrated mixtures were analysed to investigate the impact of mixing ratio and gelatin state (liquid or gelled) on network formation. Alginate gelation was induced via internal cross-linking using Ca-EDTA/GDL, and structural properties were assessed through rheological analysis of the gel strength and gelation velocity as well as confocal laser scanning microscopy. At the third stage, alginate-pea protein composite gels were investigated using a novel two-component cartridge and static mixer system. This setup allowed for rapid mixing of the biopolymer mixture and calcium under shear, enabling rheological monitoring of the initial gelation behaviour, while closely resembling the bioink preparation. The effect of pea protein on the alginate gelation was analysed in solvents of varying ionic strength and in a cell culture medium. In dilute alginate-gelatin systems, weak attractive interactions and potential complex formation were indicated by negative cross-virial coefficients and the viscometric interaction parameter ε. These interactions were significantly influenced by the ionic strength and mixing ratio, but not by urea, suggesting that electrostatic forces rather than hydrogen bonds primarily govern the interaction. FTIR spectroscopy revealed no changes in the secondary structure of gelatin. In concentrated gelled systems, the temperature-dependent physical state of gelatin strongly influenced the alginate gelation. While liquid gelatin delayed the alginate gelation likely by steric hindrance and by buffering the pH drop facilitating the calcium release, gelled gelatin promoted faster alginate gelation due to inducing phase separation. The combination of rheological measurements and microstructural imaging revealed that the final network structure was governed by the competition between gelation rate and phase separation rate. For pea protein, the electrostatic repulsion between alginate and pea protein resulted in strong tendencies toward phase separation, proposing a challenge for homogenous gel formation. The rapid gelation using the novel mixing approach kinetically trapped the system before macroscopic phase separation occurred. Rheological characterisation showed that pea protein reduced the gel strength and delayed gelation, likely due to steric hindrance and potential calcium-binding capacity. Elevated ionic strength mitigated the delay of gelation to some extent, though this was less effective in cell culture medium. Overall, this thesis demonstrates that structurally stable and printable alginate-protein composite gels can be achieved without specific repulsive or attractive molecular interaction between components, provided that gelation occurs rapidly enough to prevent phase separation on a macroscopic level. The results highlight the critical role of formulation and process parameters – such as component concentrations, calcium availability, and mixing strategy – in tuning the properties of composite gels for bioink applications. These findings provide a framework for the development of functional, animal-free bioinks, offering a pathway toward more ethical and sustainable 3D bioprinting applications.","Alginat-Protein-Kompositgele werden vielseitig in unterschiedlichsten Industriezweigen eingesetzt, wobei sie eine zentrale Anwendung im extrusionsbasierten 3D-Bioprinting finden. Alginat ermöglicht hierbei eine gute Druckbarkeit und eine schnelle ionische Gelierung, weist jedoch keine zelladhäsiven Eigenschaften auf. Gelatine adressiert diese Limitationen durch Bereitstellung von RGD-Motiven, die für die Zellanhaftung essentiell sind, sowie durch die zusätzliche temperaturabhängige Auflösung des Gelatinegels, welche die Porosität der gedruckten Strukturen erhöht. Die tierische Herkunft von Gelatine wirft jedoch ethische und nachhaltigkeitsbezogene Bedenken auf – insbesondere im Kontext von Bioprinting-Anwendungen, die auf die Reduktion von Tierversuchen oder die Herstellung von kultiviertem Fleisch abzielen. Dementsprechend steigt das Interesse an tierfreien Alternativen, die die funktionellen Vorteile von Alginat-Gelatine-Systemen aufrechterhalten. Ein erfolgreicher Ersatz erfordert jedoch ein tiefgehendes Verständnis der molekularen Wechselwirkungen, des Phasenverhaltens sowie des Einflusses unterschiedlicher Proteineigenschaften auf die Strukturbildung der Kompositgele. Das übergeordnete Ziel dieser Arbeit bestand darin, die Strukturbildung von Alginat-Gelatine-Kompositgelen zu untersuchen und eine wissenschaftliche Grundlage für den Ersatz von Gelatine durch pflanzenbasierte Proteine – insbesondere kommerziell erhältliches Erbsenprotein – bei der Entwicklung veganer Biotinten zu schaffen. Entsprechend wurde die Untersuchung in drei Ziele gegliedert: (1) das Verständnis molekularer Wechselwirkungen in verdünnten Alginat-Gelatine-Systemen, (2) die Charakterisierung der Strukturbildung in konzentrierten und gelierten Systemen sowie (3) die Evaluierung des Einflusses von Erbsenprotein auf die Alginatgelierung und dessen Eignung als Gelatineersatz. In der ersten Phase wurden verdünnte binäre und ternäre Alginat-Gelatine-Lösungen bei neutralem pH-Wert mittels Zeta-Potential, Rheologie, Viskosimetrie, Osmometrie und FTIR-Spektroskopie untersucht. Hierbei wurde die molekulare Konformation der Biopolymere, Wechselwirkungsparameter sowie Änderungen in der Sekundärstruktur bei verschiedenen Ionenstärken und Lösemittelbedingungen analysiert. In der zweiten Phase wurden konzentrierte Mischungen untersucht, um den Einfluss des Mischungsverhältnisses und des Zustands der Gelatine (flüssig oder geliert) auf die Netzwerkbildung zu ermitteln. Die Alginatgelierung wurde über eine interne Gelierung mittels Ca-EDTA/GDL initiiert, und die strukturellen Eigenschaften wurden mittels rheologischer Analyse der Gelstärke und Gelierungs-geschwindigkeit sowie durch konfokale Laserscanning-Mikroskopie erfasst. In der dritten Phase wurden Alginat-Erbsenprotein-Kompositgele mit einem neuartigen Zwei-Komponenten-Kartuschensystem mit statischem Mischer untersucht. Dieses System ermöglichte eine schnelle Vermischung der Biopolymere und Calcium unter Scherbelastung und erlaubte die rheologische Untersuchung des initialen Gelierungsverhaltens unter Bedingungen, die der Biotinten-Herstellung nahekommen. Der Einfluss von Erbsenprotein auf die Alginatgelierung wurde in Lösemitteln mit variierender Ionenstärke sowie in einem Zellkulturmedium untersucht. In verdünnten Alginat-Gelatine-Systemen deuteten negative Cross-Virial-Koeffizienten sowie der viskosimetrische Wechselwirkungsparameter ε auf schwache attraktive Wechselwirkungen und eine potentielle Komplexbildung hin. Diese Wechselwirkungen wurden signifikant durch Ionenstärke und Mischungsverhältnis beeinflusst, jedoch nicht durch Harnstoff, was darauf hindeutet, dass elektrostatische Kräfte – und nicht Wasserstoffbrückenbindungen – die Interaktion primär bestimmen. Die FTIR-Spektroskopie zeigte keine Veränderungen in der Sekundärstruktur der Gelatine. In konzentrierten, gelierten Systemen hatte der temperaturabhängige Zustand der Gelatine einen maßgeblichen Einfluss auf die Alginatgelierung. Flüssige Gelatine verzögerte die Gelierung vermutlich durch sterische Hinderung sowie durch Pufferung des pH-Abfalls, der die Calciumfreisetzung ermöglicht. Gelierte Gelatine hingegen beschleunigte die Alginatgelierung aufgrund der induzierten Phasentrennung. Die Kombination aus rheologischen Messungen und mikrostruktureller Bildgebung zeigte, dass die finale Netzwerkstruktur durch das Zusammenspiel von Gelierungsrate und Phasentrennungsgeschwindigkeit bestimmt wurde. Bei Verwendung von Erbsenprotein führte die elektrostatische Abstoßung zwischen Alginat und Erbsenprotein zu einer ausgeprägten Tendenz zur Phasentrennung, was die Bildung homogener Gele erschwert. Die schnelle Gelierung mittels des neuartigen Mischverfahrens ermöglichte jedoch eine kinetische Fixierung des Systems, bevor eine makroskopische Phasentrennung einsetzte. Die rheologische Charakterisierung zeigte, dass Erbsenprotein die Gelstärke reduzierte und die Gelierung verzögerte, was vermutlich auf sterische Effekte und die Calcium-Bindungskapazität des Proteins zurückzuführen ist. Eine erhöhte Ionenstärke verminderte diese Verzögerung teilweise, war jedoch im Zellkulturmedium weniger effektiv. 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