Entwicklung von neuen Biomaterialen

Biomaterialien sind technische Werkstoffe, die in Wechselwirkung mit der biologischen Umgebung stehen. Eine erfolgreiche Entwicklung in diesem Bereich erfordert die Betrachtung der gesamten Prozesskette von maßgeschneiderten Werkstoffen und Werkstoffkombinationen über die Fertigungstechnik und Oberflächenfunktionalisierung bis hin zur vollständigen Charakterisierung des Produkts. Maßgeschneiderte Materialien für die Anwendung in der Medizintechnik werden in der Abteilung Biomaterial-Technologie am Fraunhofer IFAM entwickelt. Es wurden z. B. gezielt Biopolymere, wie Chitosan und Celluloseacetat mit Hilfe von Metallionen (ZN, Cu) gehärtet. Die Besonderheit dieses neuen Biomaterials ist neben der Härte (Härten von Aluminium wurden erreicht) die biologische Abbaubarkeit. So konnten über das Spritzgussverfahren Skalpellklingen hergestellt werden, die nach Verwendung kompostierbar sind.

Gerade für diagnostische Anwendungen spielt die Biofunktionalisierung von Oberflächen eine entscheidende Rolle. Zur gezielten und gerichteten Kopplung von Biomolekülen auf Materialoberflächen wurde eine Materialplattform entwickelt. Spritzgießfähige Polymere werden mit Füllpartikeln, wie Glass, Gold oder Nickel vermischt und im Spritzguss zu komplexen Bauteilen gefertigt. Die Partikel werden an ausgewählten Positionen freigelegt und können so als Ankopplungszentren für die Biomoleküle dienen. So können ganze Diagnostik Kids oder auch nur Detektionskammern auf mikrofluidischen Komponenten gezielt funktionalisiert werden. Das Bild links stellt Spritzgegossene Polyethylen-(PE) Bauteile dar, die Gold- (links) und Glaspartikeln (rechts) enthalten. Diese Partikel können nun gezielt biofunktionalisiert werden. Die Vergrößerung zeigt eine Fluoreszenzmikroskopaufnahme von funktionalisierten Glaspartikeln in PE. Die biologischen Oberflächenfunktionalisierungen erfolgten in enger Kooperation mit der AG Biomolekulares Oberflächen- und Materialdesign, ebenfalls am IFAM.

Die vorgestellte Methode zeichnet sich besonders durch eine Baukasten-analoge Vorgehensweise aus. Partikel und Polymere können je nach Anwendungsfall zusammengeführt werden, die Ankopplungschemie braucht nur einmal etabliert werden.




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