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ZIF-8-based biocomposites via reactive extrusion: towards industrial-scale manufacturing

  • Mechanochemistry, a sustainable synthetic method that minimizes solvent use, has shown great promise in producing metal–organic framework (MOF)-based biocomposites through ball milling. While ball milling offers fast reaction times, biocompatible conditions, and access to previously unattainable biocomposites, it is a batch-type process typically limited to gram-scale production, which is insufficient to meet commercial capacity. We introduce a scalable approach for the continuous solid-state production of MOF-based biocomposites. Our study commences with model batch reactions to examine the encapsulation of various biomolecules into Zeolitic Imidazolate Framework-8 (ZIF-8) via hand mixing, establishing a foundation for upscaling. Subsequently, the process is scaled up using reactive extrusion, enabling continuous and reproducible kilogram-scale production of bovine serum albumin (BSA)@ZIF-8 with tunable protein loading. Furthermore, we achieve the one-step formation of shaped ZIF-8Mechanochemistry, a sustainable synthetic method that minimizes solvent use, has shown great promise in producing metal–organic framework (MOF)-based biocomposites through ball milling. While ball milling offers fast reaction times, biocompatible conditions, and access to previously unattainable biocomposites, it is a batch-type process typically limited to gram-scale production, which is insufficient to meet commercial capacity. We introduce a scalable approach for the continuous solid-state production of MOF-based biocomposites. Our study commences with model batch reactions to examine the encapsulation of various biomolecules into Zeolitic Imidazolate Framework-8 (ZIF-8) via hand mixing, establishing a foundation for upscaling. Subsequently, the process is scaled up using reactive extrusion, enabling continuous and reproducible kilogram-scale production of bovine serum albumin (BSA)@ZIF-8 with tunable protein loading. Furthermore, we achieve the one-step formation of shaped ZIF-8 extrudates encapsulating clinical therapeutic hyaluronic acid (HA). Upon release of HA from the composite, the molecular weight of HA is preserved, highlighting the industrial potential of reactive extrusion for the cost-effective and reliable manufacturing of biocomposites for drug-delivery applications.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:Nikita Gugin, Alexander Schwab, Francesco Carraro, Isabella Tavernaro, Jana FalkenhagenORCiD, Jose Villajos, Paolo Falcaro, Franziska EmmerlingORCiD
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Journal of Materials Chemistry A
Jahr der Erstveröffentlichung:2026
Organisationseinheit der BAM:1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien
1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien / 1.2 Biophotonik
6 Materialchemie
6 Materialchemie / 6.3 Strukturanalytik
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:Royal Society of Chemistry
Erste Seite:1
Letzte Seite:14
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Freie Schlagwörter:Biocompoites; Extrusion; MOFs; Mechanochemistry
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Material
Material / Materialdesign
DOI:10.1039/D5TA08276E
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-654777
ISSN:2050-7496
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:11.02.2026
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:11.02.2026
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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