Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Polymerbeschichtungen aus dem Molekülbaukasten

17.12.2013
Polymerschichten mit maßgeschneiderten Eigenschaften und vielfältigen Funktionen herzustellen, ermöglicht ein neuartiges Verfahren, das Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und der Jacobs University Bremen entwickelt haben:

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)

Grafik: Dr. Manuel Tsotsalas/IFG

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 am KIT haben nun 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 von Forschern des IFG, des Instituts für Biologische Grenzflächen (IBG), des Instituts für Toxikologie und Genetik (ITG) und des Instituts für Organische Chemie (IOC) des KIT sowie der Jacobs University Bremen gemeinsam 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.

Das Potenzial für biologische und medizinische Anwendungen demonstrierten die Forscher durch Imprägnieren des SURGELs mit einem bioaktiven Molekül und anschließendem Besiedeln mit Mikroben. Das Verhalten dieser einfachen Zellen zeigte, dass die freigesetzten Botenmoleküle äußerst effizient aufgenommen wurden. „Diese neue Materialklasse eröffnet völlig neue Möglichkeiten für das Beeinflussen von Zellwachstum“, sagt Professor Martin Bastmeyer vom Zoologischen Institut des KIT, der zusammen mit Wöll das von der Helmholtz-Gemeinschaft am KIT geförderte Programm „BioGrenzflächen“ leitet.

Die Realisierung der neuartigen Polymerbeschichtung und die nachfolgende biologische Charakterisierung erforderten die interdisziplinäre Zusammenarbeit von Wissenschaftlern der organischen Chemie, Biologie und Physikalischen Chemie des KIT sowie Theoretikern der Jacobs University Bremen.

Literatur:
Manuel Tsotsalas, Jinxuan Liu, Beatrix Tettmann, Sylvain Grosjean, Artak Shahnas, Zhengbang Wang, Carlos Azucena, Matthew Addicoat, Thomas Heine, Joerg Lahann, Jörg Overhage, Stefan Bräse, Hartmut Gliemann, and Christof Wöll: Fabrication of Highly Uniform Gel Coatings by the Conversion of Surface-Anchored Metal−Organic Frameworks. JACS – Journal of the American Chemical Society. DOI:10.1021/ja409205s
Weiterer Kontakt:
Margarete Lehné, Pressereferentin, Tel.: +49 721 608-48121, Fax: +49 721 608-43658, E-Mail: margarete.lehne@kit.edu

Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist eine Körperschaft des öffentlichen Rechts nach den Gesetzen des Landes Baden-Württemberg. Es nimmt sowohl die Mission einer Universität als auch die Mission eines nationalen Forschungszentrums in der Helmholtz-Gemeinschaft wahr. Thematische Schwerpunkte der Forschung sind Energie, natürliche und gebaute Umwelt sowie Gesellschaft und Technik, von fundamentalen Fragen bis zur Anwendung. Mit rund 9000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern, darunter knapp 6000 in Wissenschaft und Lehre, sowie 24 000 Studierenden ist das KIT eine der größten Forschungs- und Lehreinrichtungen Europas. Das KIT verfolgt seine Aufgaben im Wissensdreieck Forschung – Lehre – Innovation.

Monika Landgraf | idw
Weitere Informationen:
http://www.kit.edu

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Makro-Mikrowelle macht Leichtbau für Luft- und Raumfahrt effizienter
23.06.2017 | Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP

nachricht Materialwissenschaft: Widerstand wächst auch im Vakuum
22.06.2017 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

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