Oberflächen nach Maß

Biofunktionale Oberflächen und Nanoobjekte

Eine wissenschaftliche Mitarbeiterin zeigt den Zellkulturworkflow an der Sterilbank.

Oberflächen und Nanomaterialien zur gezielten Interaktion mit biologischen Systemen

Das IOM entwickelt funktionale Oberflächen und Nanoobjekte, die gezielt mit Zellen und Geweben interagieren. Ziel ist es, biologische Prozesse zu beeinflussen, zu steuern oder für diagnostische und therapeutische Anwendungen nutzbar zu machen.

Entwicklung biofunktionaler Oberflächen und Nanostrukturen

Anpassung von Oberflächen mittels Ionen-, Elektronen- und Photonentechnologien
Gezielte Steuerung der Wechselwirkung zwischen Material und biologischem System
Kombination von Experiment und Modellierung zur Optimierung der Funktionalität
Entwicklung von Materialien für diagnostische und therapeutische Anwendungen

Nanostrukturierte Materialien für Zellinteraktion und Gewebemodelle

Titandioxid-Nanoröhren-Scaffolds für Langzeitkulturen biologischer Gewebe
Materialien mit optimierter Zelladhäsion und Oberflächenfunktionalität
Nutzung strukturierter Oberflächen zur gezielten Beeinflussung von Zellverhalten
Integration zusätzlicher Funktionen wie elektrische Stimulation

Magnetisch aktive Materialien und Nanopartikel

Entwicklung ferromagnetischer Formgedächtnismaterialien (z. B. Fe–Pd)
Materialien mit Superelastizität und magnetischer Aktuierbarkeit
Synthese superparamagnetischer Eisenoxid-Nanopartikel
Anpassbare Oberflächenchemie für biokompatible Anwendungen

Beitrag zu Diagnostik, Therapie und Theranostik

Materialien für Bildgebung und gezielte Therapien
Entwicklung von Systemen für theranostische Anwendungen
Reduzierung von Nebenwirkungen durch angepasste Materialeigenschaften
Beitrag zum Transfer in medizinische und bioanalytische Anwendungen

Publikationshighlights

S. Friebe, S. Weigel, M. Francke, S. G. Mayr
Organotypic culture of adult vascularized porcine retina explants in vitro on nanotube scaffolds
Biol. Proced. Online 27 (2025) 35, https://doi.org/10.1186/s12575-025-00301-5

Zur organotypischen Langzeitkultur vaskularisierter porziner Retina-Explantate eignen sich besonders Titandioxid-Nanoröhren-Scaffolds. Während der Kultur bleibt die morphologische, histologische und biochemische Integrität sowie die Vitalität des Gewebes über längere Zeit erhalten. Perspektivisch wird so ein leistungsfähiges ex-vivo-Modellsystem für Wirkstofftests und Diagnostik ermöglicht, welches Tierversuche reduziert.

J. Dietrich, V. Wolfer, R. Konieczny, A. Lotnyk, A. Kahnt, S. G. Mayr
Electron beam-assisted synthesis of superparamagnetic iron oxide nanoparticles: reaction kinetics and structural–magnetic properties
J. Phys. Chem. C, 128 (2024) 17013-17022, https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.4c03146

Durch Elektronenstrahl-Radiolyse werden in einem einstufigen Prozess Eisenoxid-Nanopartikel mit einer mittleren Größe von etwa 6 nm gezielt synthetisiert. Es werden die Bildungsmechanismen aufgeklärt und gezeigt, dass mit steigender Bestrahlungsdosis superparamagnetische, zunehmend kristalline Partikel mit erhöhter Sättigungsmagnetisierung entstehen.

A. Holm, A. Kupferer, S. Mändl, A. Lotnyk, S. G. Mayr
Conductive tracks in carbon implanted Titania nanotubes: atomic‐scale insights from experimentally based ab initio molecular dynamics modeling
Adv. Theory Simul. 5 (2022) 2200063, https://doi.org/10.1002/adts.202200063

Mittels ab-initio-Molekulardynamik- und Dichtefunktionaltheorie-Berechnungen werden die atomistischen Grundlagen der durch Kohlenstoff-Ionenimplantation erzeugten Strukturänderungen in Titandioxid-Nanoröhren untersucht. Es wird gezeigt, dass sich Kohlenstoffketten im Material bilden, die gemäß den berechneten elektronischen Zuständen gezielt zu einer erhöhten elektrischen Leitfähigkeit beitragen.

A. Kupferer, A. Holm, A. Lotnyk, S. Mändl, S. G. Mayr
Compositional patterning in carbon implanted Titania nanotubes
Advanced Functional Materials, 31 (2021) 2104250, https://doi.org/10.1002/adfm.202104250

Es werden die Effekte niedrigenergetischer Ionenimplantation auf Titandioxid-Nanoröhren beschrieben und das Zusammenspiel konkurrierender Prozesse wie Sputtern, Readsorption, plastischem Fließen sowie struktureller und chemischer Umordnung aufgezeigt. Durch experimentelle Analysen und theoretische Modellierung wird eine intrinsisch getriebene Änderung der lokalen chemischen Zusammensetzung nachgewiesen, die zu erhöhter Leitfähigkeit und verbesserten Materialeigenschaften führt und Anwendungen in der Biosensorik und für Neuroeletroden erschließt.

S. Kallendrusch, F. Merz, I. Bechmann, S. G. Mayr, M. Zink
Long‐term tissue culture of adult brain and spleen slices on nanostructured scaffolds
Advanced healthcare materials, 6 (2017) 1601336, https://doi.org/10.1002/adhm.201601336

Biomimetische Titandioxid-Nanoröhren-Scaffolds mit gewebespezifischen Eigenschaften ermöglichen eine organotypische Langzeitkultur adulter muriner Gehirn- und Milzgewebe ex vivo. Im Vergleich zu etablierten PTFE-Membranen weisen die Gewebe auf den Nanoröhren eine höhere Vitalität über mindestens zwei Wochen, eine verbesserte Morphologie sowie geringere Zellschädigung auf und eignen sich damit als vielversprechendes Modell für biologische und medizinische Fragestellungen.

Ausstattung