Hero Default
Institut für Aktive Polymere

Mikro-/Nanotechnologie

Querschnitt durch Mikropartikel

Querschnitt eines porösen Mikropartikels (REM-Aufnahme) Foto: Hereon

Wir beschäftigen uns mit der Verarbeitung und Entwicklung von neuen multifunktionalen polymeren Werkstoffen mit einstellbaren Eigenschaften für den Einsatz in der Biomedizin. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf Kunststoff-Verarbeitungstechnologien basierend auf sog. integrierten Prozessen, welche Formgebung und Funktionalisierung oder Modifizierung kombinieren.

Eine besondere Rolle spielt dabei die grundlegende Erforschung der Struktur-Eigenschaftsbeziehung von Kunststoffen auf unterschiedlichen Längenskalen vom Molekül bis zum Bauteil. Ein weiterer Schwerpunkt ist für uns die Gestaltung von Materialoberflächen, um darüber die Interaktion mit Zellen, Proteinen und physiologischen Flüssigkeiten steuern zu können.

Dabei nutzen wir insbesondere Mikro- und Nanostrukturen sowie molekulare Polymerschichten und erforschen diese Kunststoffoberflächen mit Hilfe von mikroskopischen Techniken hinsichtlich ihrer Struktur, chemischen Zusammensetzung sowie mechanischen Eigenschaften.

Profil

REM_Spin_neu

Foto: Hereon

Ein zentraler Schritt auf dem Weg zur Anwendung von polymeren Biomaterialien in der Medizin oder Medizintechnik ist deren Verarbeitung zu unterschiedlichen Formkörpern. Wir beschäftigen uns daher mit verschiedensten Kunststoff-Verarbeitungstechnologien ausgehend von der Polymerschmelze (z.B. Extrusion, Spritzguss) oder der Polymerlösung (z.B. Elektrospinnen).

Dies umfasst einerseits die Verarbeitung von Polymeren, deren Mischungen und Kompositen zu einfachen Halbzeugen wie Filmen, Monofilamenten oder Röhren sowie die Herstellung von porösen Schaumstrukturen oder Mikropartikeln bis hin zur Fertigung von sehr komplexen Bauteilen und Demonstratoren bestehend aus mehreren Materialien unter Reinraumbedingungen.

Neben der reinen Verformung von Kunststoffen entwickeln wir Verfahren zur Ausrüstung von polymeren Bauteilen mit zusätzlichen neuen Funktionen wie z.B. Formgedächtniseffekten. Über Auswahl der thermomechanischen Behandlungen können wir steuern, ob ein Kunststoff sich eine oder mehrere Formen merken kann, bei welcher Temperatur die Formänderung stattfindet und ob diese reversibel sein soll oder nicht.

In diesem Zusammenhang ist für uns die grundlegende Erforschung der Struktur-Eigenschaftsbeziehung von Kunststoffen auf unterschiedlichen Längenskalen von der molekularen Struktur bis hin zum Bauteil von besonderer Bedeutung.

Biomaterialoberflächen

Die Beschaffenheit von Biomaterialoberflächen ist von entscheidender Bedeutung für die vielfältigen Wechselwirkungen mit Proteinen, physiologischen Flüssigkeiten, Zellen und Geweben. Insofern ist große Vielseitigkeit auch bei der Gestaltung und Modifizierung von Oberflächen gefragt.

In diesem Zusammenhang verfolgen wir den Ansatz, mit Hilfe gezielter mikro- und nanoskaliger Strukturierung von Biomaterialoberflächen die Adhäsion und Differenzierung unterschiedlicher Zelltypen zu steuern. Zur Oberflächenstrukturierung setzen wir Stempel-basierte Techniken sowie Elektrospinnen ein. Als Technik zur chemischen Oberflächenmodifizierung verwenden wir die Plasmabehandlung, welche es erlaubt, dünne Schichten auf Biomaterialien abzuscheiden.

Ein weiterer Schwerpunkt ist für uns die Charakterisierung der mikro- und nanostrukturierten Oberflächen. Hier setzen wir vor allem die Rasterelektronenmikroskopie (REM), optische Profilometrie sowie Rasterkraftmikroskopie (AFM) zur Analyse der Strukturen ein.

Informationen über die Elementzusammensetzung der obersten 10 nm der Oberfläche sowie über den chemischen Bindungszustand dieser Elemente liefert uns die Photoelektronenspektroskopie (XPS). Besonders wichtig sind hier Untersuchungen in wässrigen Umgebungen mittels Kontaktwinkel- und Strömungspotential-Messungen sowie mikromechanische Untersuchungen der Biomaterialien mittels AFM.

Expertenthema: Zell-Kultur Testsysteme

Projekte

NPORE (IGSTC)


Logo_IGSTC

Indo-German Science & Technology Centre
(IGSTC)

Development, characterisation and validation of nanoparticles for the adsorption of uremic toxins in renal failure patients

Ziel des Verbundprojektes ist die Entwicklung, Charakterisierung und Bewertung von beschichteten partikulären Absorbermaterialien zur Entfernung der Urämietoxine aus dem Blut von Patienten mit chronischer Niereninsuffizienz.

Das Konsortium besteht aus drei deutschen Partnern: Charité (Koordinator), EXcorLab GmbH und Helmholtz-Zentrum Hereon sowie der indischen Partneruniversität Hyderabad (UNH), welche alle erforderlichen Expertisen von der Material- und Verfahrensentwicklung bis zur klinischen Erprobung der Absorbermaterialien abdecken.

NPORE-Partner


Logo_Charite

Charité, Universitätsmedizin Berlin

Experimentelle Nephrologie und Hypertensiologie
Univ.-Prof. Dr. J. Jankowski
Campus Benjamin Franklin (CBF)
Berlin, Germany

Logo_Excorlab

Excorlab GmbH

Industrie Center Obernburg
Obernburg, Germany

Logo_University of Hyderabad

University of Hyderabad (UNH)

School of Life Sciences
Dr. Sarada D. Tetali
Hyderabad, India