Biofunktionalisierung

Laserverfahren eignen sich aufgrund hoher Präzision und Flexibilität besonders gut zur Herstellung und Bearbeitung von Produkten in Medizintechnik oder Biotechnologie. Die Biofunktionalisierung mit Laserstrahlung ist ein etabliertes Forschungs- und Entwicklungsgebiet am Fraunhofer ILT. Durch Photooxidation von Polymeren oder direkte Photoimmobilisierung und anschließende nasschemische Modifizierung können Ankergruppen ortsselektiv erzeugt werden, beispielsweise für die kovalente Anbindung (bio-)funktioneller Moleküle wie Peptide oder Proteine an Oberflächen. Durch die gezielte photochemische Funktionalisierung lassen sich so beispielsweise die Benetzungseigenschaften und die Zelladhäsionseigenschaften kontrollieren. Neue Entwicklungen auf diesem Gebiet zielen darauf, die photochemische Modifizierung in formgebende Prozesse wie den 3D-Druck zu integrieren. Dazu werden sowohl geeignete Reaktionen als auch neue Strahlquellen untersucht.

Das Leistungsangebot umfasst Auftragsforschung zu kundenspezifischen Aufgabenstellungen, Entwicklungen im Bereich des Tissue Engineering aber auch die Erzeugung neuer Funktionalitäten für Bioreaktoren oder Biosensoren.

Fertigungsverfahren für das Tissue Engineering

• Abtragende Strukturierung und Perforieren von Polymermaterial zur Zellbesiedlung
• Scaffold-Strukturierung durch Photopolymerisation (Auflösung: 5 µm bis < 1 µm)
• Scaffold-Funktionalisierung durch Photooxidation oder Photoimmobilisierung bzw. Photospaltung an Polymeroberflächen mit Hilfe von photoaktivierbaren Verbindungen

3D-Bioprinting-Verfahren

• Drucktechnologien (Stereolithographie und Mehrphotonenprozesse) für verschiedene Photoharze
• Materialentwicklungen basierend auf der Thiol-En-Klick-Chemie
• Off-stöchiometrische Reaktionsführung zur Erzeugung funktioneller Gruppen an Oberflächen

Al Enezy-Ulbrich, M.A., Kreuels, K., Simonis, M., Milvydaite, I., Reineke, A.T.,Schemmer, C., Gillner, A., Pich, A.:
Enhancing Adhesion of Fibrin-Based Hydrogel to Polythioether Polymer Surfaces.
ACS Applied Materials & Interfaces 16(11), 14371- 14381, (2024)
https://doi.org/10.1021/acsami.4c00620

Garófalo, S., Wehner, M., Dohrn, A., Bilandžić, M., Roos, C., Wierichs, R., Meyer-Lueckel, H., Aranha, A., Esteves-Oliveira, M.:
Increasing dental zirconia micro-retentive aspect through ultra-short pulsed laser microstructuring: study on flexural strength and crystal phase characterization.
Clinical Oral Investigations 26, 939-9555 (17 S.) (2021)
http://dx.doi.org/10.1007/s00784-021-04077-2 (Open Access)

Nottrodt, N., Leonhäuser, D., Elling, L., Bremus-Köbberling, E., Gillner, A.:
Laser based functionalization for graded immobilization of biomolecules on biocompatible polymer surfaces
In: Nanobio Europe, Münster, Germany, June 2-4, 2014,10th Int. Congr. & Exhibition on Nanobiotechnology (1 S.) (2014)

Bremus-Koebberling, E., Beckemper, S., Koch, B., Gillner, A.:
Nano structures via laser interference patterning for guided cell growth of neuronal cells
Journal of Laser Applications, Special Issue „ Generation of  Sub-100 nm Structures by Nonlinear Laser-Material Interaction” (2012)
https://doi.org/10.2351/1.4730804

Bremus-Köbberling, E., Leonards, H., Naderi, M.:
Spatially selective modification of polymeric scaffolds with markers for MR-Imaging
J. Tissue Engl. Regen. Med. 6, 316-316 (2012)

Bremus-Köbberling, E., Gillner, A., Avemaria, F., Réthoré, C., Bräse, S.:
Photochemistry with laser radiation in condensed phase using miniaturized photoreactors
Beilstein J. Org. Chem. 8, 1213-1218, (2012)
https://doi.org/10.3762%2Fbjoc.8.135

Leonards, H., Schmitz, D., Pich, A., Bremus-Köbberling, E.:
Light triggered drug release
J. Tissue Engl. Regen. Med. 6, 324-324 (2012)

Engelhardt, S., Hu, Y., Seiler, N., Riester, D., Meyer, W., Krüger, H., Wehner, M., Bremus-Köbberling, E., Gillner, A.:
3D-microfabrication of polymer-protein hybrid structures with a q-switched microlaser.
J. Laser Micro/Nanoeng. 6 (1), 54-58, (2011)
https://doi.org/10.2961/jlmn.2011.01.0012

Seiler, N., Engelhardt, S., Riester, D., Mela, P., Bremus-Köbberling, E.
Laserinduzierte Gradienten zur Oberflächenfunktionlaisierung von Polymeren
Biomed. Tech. 55, Suppl. 1, 34-36, (2010)

Personalisierte Medizintechnik steht für die Entwicklung individueller Lösungen und Therapien für das spezifische Krankheitsbild und die Problemstellung eines Patienten.

Die 40 Partner des Aachener Medizintechnik Clusters »innovating medical technology in.nrw« erforschen und entwickeln eine neue Generation biomedizinischer Geräte und Systeme und bieten patientenadaptierte medizintechnische Lösungen. Mit dem Themenfokus auf kardiovaskuläre Erkrankungen adressieren wir ein besonders relevantes Krankheitsgebiet, das in Deutschland immer noch die Haupttodesursache darstellt, und bauen auf eine besondere Stärke in Wissenschaft und Wirtschaft der Aachener Region auf.

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Gemeinsam bauen wir das Cluster aus - Zusammenarbeit auch über die Region hinaus ist unser erklärtes Ziel.

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