Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Jacobs Forscher entwickeln neuartiges Gel für biologische und medizinische Anwendungen

20.12.2013
Die Arbeitsgruppe um Thomas Heine, Professor für Theoretische Physik an der Jacobs University, hat zusammen mit Forschern des Karlsruher Instituts für Technologie ein neuartiges Verfahren entwickelt, das die Herstellung von Polymerschichten mit maßgeschneiderten Eigenschaften und vielfältigen Funktionen ermöglicht.

Aus einer auf einem Substrat aufgewachsenen metallorganischen Gerüstverbindung (SURMOF) entsteht ein stabiles poröses Gel (SURGEL) für biologische und medizinische Anwendungen. Die Wissenschaftler präsentieren das Verfahren im renommierten „Journal of the American Chemical Society“.


Schematische Darstellung einer metallorganischen Gerüstverbindung (SURMOF, links), der Gerüstverbindung nach dem Quervernetzungsvorgang (Mitte) und nach dem Herauslösen der Kupferionen (rechts). Copyright: KIT

Das Beschichten von Festkörpern mit Polymeren spielt in vielen Bereichen der Technik-, Natur- und Lebenswissenschaften eine zentrale Rolle. So müssen Implantate für den menschlichen Körper, wie Herzschrittmacher, Stents oder Gelenkprothesen, mit geeigneten Biomaterialien beschichtet und anschließend mit medizinischen Wirkstoffen imprägniert werden, um das Einheilen zu beschleunigen und Entzündungen zu unterdrücken.

Forscher der Jacobs University haben nun in Kooperation mit Wissenschaftlern des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) ein völlig neuartiges Verfahren zur Herstellung eines Gels aus miteinander vernetzten organischen Bausteinen entwickelt. „Gegenüber konventionellen Polymerbeschichtungen zeichnet sich dieses Gel dadurch aus, dass die Porengröße der Schicht sich gezielt an einzubettende bioaktive Substanzen, beispielsweise pharmazeutische Wirkstoffe, anpassen lässt“, erklärt Professor Christof Wöll, Leiter des Instituts für Funktionelle Grenzflächen (IFG) des KIT.

Das entwickelte Verfahren zur Herstellung des Gels besteht aus mehreren Schritten: Zunächst wird auf einem festen Substrat eine Schicht aus einer sogenannten metallorganischen Gerüstverbindung (MOF – Metal Organic Framework) aufgewachsen. In dieser SURMOF-Schicht (Surface Mounted Metal Organic Framework) lassen sich Größe und Form der Poren sowie deren chemische Funktionalität maßschneidern. Die SURMOF Schicht selbst eignet sich allerdings nicht für den Einsatz in biologischen Umgebungen – aufgrund ihrer ausgeprägten Wasserempfindlichkeit würde sie rasch abgebaut werden. Außerdem enthält diese spezielle SURMOF-Variante Kupferionen, die eine für Lebewesen toxische Wirkung besitzen.

In einem zweiten Schritt werden daher die Molekülbausteine in dem SURMOF mit einem weiteren Molekül untereinander quervernetzt. Dabei wird ein besonders effizientes, als „Click-Chemie“ bezeichnetes Verfahren benutzt, das bereits bei Zimmertemperatur eine vollständige Umsetzung ermöglicht. Anschließend werden in einem dritten Schritt die Kupferionen aus dem Gerüst herausgelöst. Übrig bleiben miteinander vernetzte organische Bausteine, die ein poröses Polymer bilden. Dieses SURGEL bildet eine gleichmäßig dicke Schicht und verbindet die Vorteile des SURMOFs mit einer hohen Stabilität unter biologischen Bedingungen.

Thomas Heine kommentiert: „Diese Arbeit zeigt, dass erfolgreiche Forschung in der Nanotechnologie die enge Kooperation zwischen Experimentatoren und Theoretikern erfordert. Die Kenntnis der atomaren Struktur konnte durch eine atomistische Computersimulation gewonnen werden. Dadurch sind wir nun in der Lage herauszufinden, wie das Material z.B. Wirkstoffe aufnehmen kann, und wie es sich bei mechanischer Beanspruchung verhält.“

Fragen zu den Forschungsergebnissen beantwortet:
Thomas Heine | Professor of Theoretical Physics
Tel.: +49 (0)421 200 3223 | E-Mail: t.heine@jacobs-university.de

Judith Ahues | idw
Weitere Informationen:
http://www.jacobs-university.de

Weitere Berichte zu: Baustein Framework Gel Gerüstverbindung Kupferion Metal Polymere SURGEL Substrat Wirkstoff organic farms

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht 'Fix Me Another Marguerite!'
23.06.2017 | Universität Regensburg

nachricht Schimpansen belohnen Gefälligkeiten
23.06.2017 | Max-Planck-Institut für Mathematik in den Naturwissenschaften (MPIMIS)

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion

23.06.2017 | Physik Astronomie

Dünenökosysteme modellieren

23.06.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Makro-Mikrowelle macht Leichtbau für Luft- und Raumfahrt effizienter

23.06.2017 | Materialwissenschaften