Profil

Von zentraler Bedeutung bei der wissensbasierten Entwicklung polymerbasierter Biomaterialien ist die Gestaltung der Materialoberfläche, da diese die Interaktion mit der physiologischen Umgebung bestimmt. Die Abteilung Grenzflächen (PBI) arbeitet daher an der Entwicklung funktionaler polymerer Materialien mit neuartigen Grenzflächeneigenschaften für den Einsatz in der regenerativen Medizin. Die Forschungsschwerpunkte der Abteilung sind:

Herstellung und Charakterisierung funktionaler und stimulisensitiver Grenz- und Oberflächen für den Kontakt mit biologischen Systemen;
Veränderung des Eigenschaftsprofils, speziell der Grenzflächeneigenschaften, resorbierbarer Materialien während des Abbaus sowie Schadensanalyse von polymeren Explantaten.

Neben diesen Aktivitäten bietet die Abteilung PBI auch Serviceleistungen auf dem Gebiet der Grenz- und Oberflächencharakterisierung für externe Partner an.

Projekte

Grenzflächenmodifizierung

Neben der chemischen Komposition ist die Topologie einer Polymeroberfläche von entscheidender Bedeutung für Adhäsion, Proliferation und Differenzierung von Zellen an der Grenzfläche zwischen Biomaterial und Gewebe. Die zentrale Herausforderung beim Design von Biomaterialoberflächen besteht darin, mit Hilfe gezielter mikro- und nanoskaliger Strukturierung die Adhäsion und Differenzierung unterschiedlicher Zelltypen zu steuern.
Zur Strukturierung solcher Oberflächen werden Gießtechniken aus Lösung, Heißprägetechniken und Elektrospinnen eingesetzt. Darüber hinaus stehen zur Herstellung von Modelloberflächen spin coating und dip coating Verfahren zur Verfügung. Die Charakterisierung der Oberflächen erfolgt mittels Raster-Elektronenmikroskopie (REM), Raster-Kraftmikroskopie (SFM), optischer Profilometrie und Digitalmikroskopie, die von Grenzschichten zu wäßrigen Umgebungen mittels SFM sowie Kontaktwinkel- und Strömungspotentialmessungen.
Ein aktuelles Forschungsgebiet sind Untersuchungen zum Einfluss von Sterilisationsverfahren auf die Grenzflächeneigenschaften polymerer Biomaterialien.

Mikroskopische Aufnahmen (REM, Digital-Mikroskopie, optische Profilometrie) einer mikrostrukturierten Modelloberfläche aus Poly [acrylnitril-co-(N-vinylpyrrolidon)] PAN-co-NVP hergestellt durch Abformen aus Lösung.

Abbaubare Biomaterialien

Vergleich des hydrolytischen und enzymatischen Abbaus von poly-ε caprolactone (PCL) im Monolayer Degradation Experiment.

Degradierbare Polymere werden in der Medizin als Implantate (z.B. Nahtmaterialien) oder Wirkstoff-Freisetzungssysteme eingesetzt. Die komplexen Zusammenhänge zwischen der Änderung des Eigenschaftsprofils während des Abbaus und den daraus resultierenden biologischen Konsequenzen sind bisher noch nicht hinreichend verstanden, so dass derzeit keine vertrauenswürdige Vorhersage des Degradationsverhaltens von Polymeren während der Anwendung in vivo möglich ist.
Zur Untersuchung des Degradationsverhaltens resorbierbarer Polymere werden hydrolytische und enzymatische in vitro Abbauexperimente an dreidimensionalen Festkörpern und 2D Grenzflächen (z.B. Langmuir-Blodgett Monoschichten) durchgeführt. Neben diesen in vitro Untersuchungen erfolgt zudem die Schadensanalyse von polymeren Explantaten.

Die aus dem Abbau resultierenden Änderungen des Eigenschaftprofils der Polymere werden mittels mikroskopischer Methoden (REM, SFM, Profilometrie), sowie Strömungspotential und Impedanzspektroskopie charakterisiert, zusätzlich werden
Gelpermeationschromatographie, Weitwinkel-Röntgenstreuung sowie thermischer und mechanischer Verfahren (DSC, DMTA, Zugprüfung) herangezogen.

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