BF-PolFunk

Biomimetische Materialien zielen darauf ab sowohl Struktur wie auch Funktion biologischer Materialien zu imitieren. Im Fokus des Projektes stehen strukturierte Polymeroberflächen im Mikro- bis Nanometerbereich, die durch ihre variabel-einstellbare Form sowie ihre mechanischen und chemischen Eigenschaften biologische Systeme imitieren.
Um die biochemischen Eigenschaften der geschaffenen Oberfläche für das jeweilige biologische System zu adaptieren wird diese durch Bindung verschiedener Proteine, z.B.: zur Nachahmung einer extrazellulären Matrix als Trägerstruktur für Zellen dienen. Möglich ist auch der Einsatz als Substrat für Biosensoren, z.B.: zur Proteom- Genom-Analyse und In-Vitro- Diagnostik (IVD). Die Kombination aus geometrisch flexiblen Strukturen mit funktionalen Polymeren und biokompatiblen Molekülen gewinnt in immer mehr Industrie- und Forschungsbereichen an Bedeutung. So finden biokompatible Oberflächen aus Polymeren und Hydrogelen im Bereich der Herstellung von Gewebeersatzmaterialien, der Wunderversorgung („aktive Wundbehandlung“) und der Prothetik (Knochenersatz, Zahnprothesen, Implantate) Anwendung. Auch in der Nanotechnologie und bei Verfahren wie zwei-/dreidimensionaler Druck, Mikro- und Nanofluidik und Lithographie werden diese Komponenten in der biomedizinischen Industrie angewandt. Beim sogenannten „Drug Targeting“ werden beispielsweise Nanopartikel als zielgerichtete Arzneimittel-Transporter eingesetzt.
Die Herausforderung in dem hier vorgestellten Projekt liegt in der stabilen Bio-Funktionalisierung von mittels optischen Methoden strukturierten Polymermaterialien. Dabei ermöglicht die korrekte Wahl der eigesetzten Polymere eine flexible zwei- und dreidimensionale Strukturierung. Aufgrund der Vielfalt an einsetzbaren Biomolekülen (DNA/RNA, Proteine, Peptide, Kohlenhydrate) und deren unterschiedlichen elektrischen Ladungen und Strukturen ist deren selektive Bindung an die Strukturen besonders anspruchsvoll. Wir planen daher die Entwicklung einer „Chemie“-Toolbox, die es ermöglicht eine Vielzahl an verschiedenen Biomolekülen an Polymerstrukturen zu binden. Zu deren Quantifizierung dienen mikroskopische Methoden wie Hellfeld-, Fluoreszenz- oder Atomkraftmikroskopie.
Die Datenanalyse der gewonnenen Bilder wird in enger Kollaboration mit der Forschungsgruppe von Stephan Winkler (FH OÖ, Campus Hagenberg) entwickelt. Damit können die Eigenschaften der strukturierten Polymere wie Biomoleküldichte und -aktivität sowie Elastizität lokal genau ermittelt werden. Die im Projekt PolFunk entwickelte Toolbox an funktionalen Polymeren wird in enger Kollaboration mit Julian Weghuber (FH OÖ, Campus Wels) auf ihre Biokompatibilität getestet.
Anschließend wird die Plattform eingesetzt werden, um die Auswirkungen von sekundären Pflanzenstoffen auf wichtige Signalwege in Zellen zu untersuchen. Darüber hinaus werden derartige Polymere im Bereich „Tissue-Engineering“ (Herstellung von Zellträgerstrukturen) und in der in-vitro-Diagnostik (kombiniert mit Mikro- und Nanofluidik) als Protein/DNA-Sensor eingesetzt.