Im Themenfeld Wirkstofftransport und -freisetzung untersucht das IOM, wie Wirkstoffe sicher an ihren Wirkort gelangen und dort räumlich und zeitlich kontrolliert freigesetzt werden können. Als Trägersysteme dienen unter anderem magnetische Nanopartikel und Nanodiamanten. Ihre Oberflächen werden mithilfe strahlentechnischer Verfahren gezielt mit Biomolekülen, Enzymen oder Wirkstoffen funktionalisiert, um Transport und Freisetzung präzise steuern zu können. 

Die Freisetzung kann dabei durch externe Stimuli wie Licht oder oszillierende Magnetfelder ausgelöst werden. Gleichzeitig erlaubt die optische und magnetische Antwort der Nanoobjekte deren Einsatz als Sensoren, sodass Transport, Freisetzung und Detektion miteinander verknüpft werden können. Ergänzend kommen strahlenchemisch hergestellte Hydrogele zum Einsatz, deren innere Oberflächen und Volumina mit Wirkstoffen beladen werden. Diese können entweder durch biologisch-enzymatischen Abbau in vivo oder ebenfalls durch externe Stimuli freigesetzt werden. Zeitaufgelöste spektroskopische Methoden liefern dabei ein molekular-mechanistisches Verständnis der zugrunde liegenden Prozesse. 

Die Point-of-Care-Diagnostik stellt besondere Anforderungen an Materialien und Oberflächen: Sie müssen hochfunktional, zuverlässig und zugleich miniaturisiert sowie skalierbar herstellbar sein. Ziel des Themenfeldes ist die Entwicklung funktionaler Oberflächen und mikrofluidischer Systeme für schnelle, zuverlässige Diagnostik direkt am Ort der Untersuchung. Dafür werden am IOM sowohl mikrosystemtechnische als auch sensorische Ansätze verfolgt. Ein Schwerpunkt liegt auf dem am IOM entwickelten und patentierten Cryoprinting, das ein schnelles Prototyping mikrofluidischer Chips ermöglicht und gezielt für tissue-on-a-chip-Systeme weiterentwickelt wird. Ergänzt wird dies durch UV-lichtgestützte Rolle-zu-Rolle-Imprintverfahren zur Herstellung morphologisch und funktional strukturierter bioaktiver Oberflächen sowie durch laserbasierte Topographiekontrolle, etwa für definierte Zellanhaftung oder Zellseparation. 

Parallel dazu wird intensiv an Sensorik für Point-of-Care-Systeme geforscht, unter anderem auf Basis von Polyoxometallaten, Aptameren und Quantensensoren. Neben der Entwicklung der Sensoren selbst steht insbesondere deren Integration und Oberflächenfunktionalisierung im Fokus, um robuste, sensitive und anwendungsnahe Diagnostikplattformen zu realisieren. 

Im Themenfeld Biomaterialien und Scaffolds für Zell- und Gewebekontakt werden Oberflächen und Materialien entwickelt, die gezielt mit Zellen und Geweben interagieren. Ziel ist es, Biomaterialien mit definierten biologischen und mechanischen Eigenschaften für Gewebezüchtung, Regeneration und Implantatanwendungen zu entwickeln. Grundlage dafür ist ein skalenübergreifendes, modellierungs- und KI-gestütztes Design neuartiger Biomaterialien. 

Mithilfe elektronenstrahlinduzierter Quervernetzung und Funktionalisierung werden natürliche Biopolymer-Netzwerke wie Kollagen, Kollagen-Elastin-Hybridmatrizen oder tierische extrazelluläre Matrizen mit biomimetischen Eigenschaften ausgestattet oder mechanisch gezielt modifiziert. Neben grundlegenden Fragen der Netzwerk- und Gewebemechanik entstehen so neue Scaffolds für Gewebezucht und -regeneration. 

Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Weiterentwicklung der am IOM entwickelten und patentierten Titanoxid-Matrizen für Langzeitgewebekulturen. Diese werden sowohl für tissue-on-a-chip-Systeme als auch für Implantatanwendungen, etwa als Beschichtungen von Neuroelektroden, untersucht. Maschinelles Lernen unterstützt dabei die Vorhersage geeigneter Material- und Prozessparameter und legt die Grundlage für neuartige Testplattformen und bioaktive Implantatoberflächen.

Im Themenbereich „Oberflächen für Gesundheitstechnologien“ verfolgt das IOM das langfristige Ziel, ein verständnisbasiertes und prädiktives Design maßgeschneiderter Oberflächen für biomedizinische Anwendungen zu etablieren. Durch die Kombination zielgerichteter Herstellungsverfahren mit datengetriebenen Ansätzen, computergestützten Modellen und umfassender spektroskopischer Analytik entstehen neue Grundlagen für innovative Therapie- und Diagnosesysteme. 

Die entwickelten Oberflächen schaffen die Grundlage für effiziente Wirkstofffreisetzung, neuartige Point-of-Care-Diagnostik- und Therapielösungen sowie für organotypische Gewebekulturen, die langfristig zur Reduktion von Tierversuchen beitragen können. Strategisch ist der Themenbereich darauf ausgerichtet, die institutsweit vorhandenen Materialien, Verfahren und Kompetenzen in gemeinsamen Plattformen zu bündeln und in enger Zusammenarbeit mit Kliniken und Industriepartnern bis zum Transfer weiterzuentwickeln. 

So leistet der Themenbereich einen nachhaltigen Beitrag zur biomedizinischen Grundlagenforschung, zur Ausbildung des wissenschaftlichen Nachwuchses und zur Entwicklung zukunftsweisender Gesundheitstechnologien mit hoher gesellschaftlicher Relevanz.