"Untersuchung der Eigenschaften und des Einsatzverhaltens von reinen und dotierten bzw. legierten, unstrukturierten (ebenen) und lasermikrostrukturierten ta-C-Schichten für biotechnologische und medizinische Anwendungen"

Bearbeitung:
Betreuung:

Dipl.-Ing. (FH) Anne-Christin Teichmann
Prof. Dr. rer. nat. Petra Radehaus

Biomaterialien werden durch ihre Reaktion mit der biologischen Umgebung charakterisiert. Dabei ist die Anforderung, die sie erfüllen müssen, denkbar einfach: Biomaterialien sollten kompatibel genug sein, die verschiedenen Funktionen des menschlichen Körpers nicht zu stören. Aus diesem Grunde sollten Biomaterialien sowohl chemisch als auch biologisch für die sie umgebenden Zellen und Körperflüssigkeiten inert sein. Weiterhin sollten sie hart, verschleißfest und korrosionsbeständig sein, sowie keine toxischen oder karzinogenen Verbindungen freisetzen. Für die unterschiedlichen biomedizinischen Anwendungen wurden bisher Titan, rostfreier Stahl, Titanoxid, Titannitrid, Kobalt-Chrom-Legierungen und Nitinol- (Nickel-Titan-) Legierungen eingesetzt. Da Metall-Ionen und andere Partikel, die von den Materialien freigesetzt werden können, im Verdacht stehen allergische Reaktionen auszulösen oder das Wachstum von Tumoren zu begünstigen, wächst das Interesse, neue Biomaterialien zu erforschen. Hierbei spielen neben den Volumeneigenschaften des verwendeten Materials (Härte, Elastizität, Permeabilität, Wasseraufnahme, etc.) insbesondere die Eigenschaften der Materialoberfläche wie Rauigkeit, Benetzbarkeit, chemische Zusammensetzung, Ladung und Mobilität eine große Rolle. Ursache dafür ist, dass an der Materialoberfläche wichtige Vorgänge ablaufen, die entscheidend für die Verträglichkeit oder Abstoßung des Materials sind. Diese Prozesse, die etwa bei dem Kontakt einer Implantatoberfläche mit Blut und Gewebe in vivo, aber auch in einer Zellkultur ablaufen, sind äußerst komplex. Da Zellen nicht einfach nur „aneinanderkleben“, um Gewebe zu bilden, sondern in höchst unterschiedlichen sowie ausgeprägten Strukturen organisiert sind, sollten Biomaterialien, die für die Gewebezüchtung eingesetzt werden, eben diese Gewebe-Architektur und –Morphologie bestmöglich nachbilden. Denn für den Zusammenhalt der individuellen Zellen in Lebewesen, welcher von der Verbindung der Zellen zum internen Zytoskelett bis hin zu der Gesamtarchitektur des Gewebes sehr umfangreich sein kann, ist die Zelladhäsion entscheidend.

Tetrahedral amorphous carbon (ta-C) –Schichten haben sich dank ihrer hervorragenden physikalischen Eigenschaften, wie großer Härte, geringer Reibungskoeffizient, Infrarot-Transparenz, hoher spezifischer elektrischer Widerstand, hoher Brechungsindex und außerordentlicher Ebenheit in den letzten Jahren als potentielles Biomaterial herausgestellt. All diese Vorteile stimmen bestens mit den Kriterien, die an die Biomaterialien für Einsätze in Orthopädie, Kardiologie, Ophthalmologie oder Zahntechnik gestellt werden, überein. Aber nicht nur für die Beschichtung von Implantaten, sondern auch von dreidimensionalen Gerüstsubstraten in der Gewebezüchtung (Tissue Engineering), kommen ta-C-Schichten in Frage. Ein weiterer Ansatzpunkt des Tissue Engineerings stellt die Mikrostrukturierung von Wachstumsoberflächen dar, mittels dem ein verbessertes oder gar gerichtetes Zellwachstum induziert werden kann. Erste positive Ergebnisse wurden bereits in der Fachgruppe Biotechnologie von Frau Prof. Radehaus an der Hochschule Mittweida durch eine Kombination von Mikrostrukturierung und anschließender ta-C-Beschichtung erzielt.

Im Mittelpunkt des Forschungsthemas steht sowohl die Untersuchung des wachstumsfördernden, als auch des wachstumshemmenden Verhaltens von strukturierten oder/und beschichteten Oberflächen auf Zellen. Die Quantifizierung der Adhärenz, insbesondere der Rückschluss auf das Wachstumsverhalten der Zellen, kann beispielsweise mittels Fluorometrie, Vitalitätstests, Immunfluoreszenz oder Proteinanalysen erfolgen.

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Dipl.-Ing. (FH) Anne-Christin Teichmann
Tel.:03727/58-1182
E-Mail: ateichma
@hs-mittweida.de
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