Modifikationsabhängige Einstellung der Grenzfläche zwischen Oberflächen von Titanbasiswerkstoffen und der extrazellulären Matrix

• Applicants: Dr.-Ing. Frank Aubertin; Professor Dr.-Ing. Roger Thull (†)
• Subject Area: Biomaterials
• Term: from 2000 to 2009
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5264006

Reaktionen des Organismus auf Implantate werden durch die Eigenschaften der Grenzschicht (Interface) zwischen der Werk- stoffoberfläche und den Strukturen des Biosystems bestimmt. Die Eigenschaften der Grenzfläche werden von der mechanischen Oberflächenstruktur, der Zusammensetzung von Deckschichten und Oberflächenwerkstoffen, der zugehörigen elektronischen Struktur sowie Reaktionen mit Ladungsträgeraustausch eingestellt. Die Charakteristika, Oberflächenenergie, Feldgradienten und elektronische Zustandsdichten bestimmten die Wechselwirkung mit biologischen Makromolekülen, dem Immunsystem und zellulären Reaktionen. Diese Grenzflächencharakterisierung gehört ebenso in das beantragte Forschungsprojekt im Schwerpunkt wie die Untersuchung der Einflüsse unterschiedlicher Titanlegierungen und deren in physiologischen Elektrolyten gebildeten Deckschichten und künstlichen Modifikationen. Im einzelnen sind dies die mechanische Strukturierung bis hin zu Nanostrukturen, die anodische Oxidation der Substrate in geeigneten Elektrolyten, die Sauerstoffdiffusion, das Sol-Gel- und das MOCVD-Verfahren, sowie PVD-Tianoxid-Beschichtungen als Referenz. Wesentliches Ziel des Forschungsvorhabens wird die Definition biologisch relevanter Charakteristika der Grenzfläche sein, die mit den unterschiedlichen Werkstoffeigenschaften und physikalischen Oberflächenparameter korreliert sind. Hieran werden sich Wechselwirkungsuntersuchungen mit Epitopmapping und Konformationsanalysen anschließen, denen Experimente zur fokalen Adhäsion mit Zellen und - falls notwendig am Tier folgen. Die Zelladhäsionsmessungen werden u.a. quantitativ mit Hilfe eines Strömungskanales durchgeführt. Im ersten Projektjahr werden Substrat- und Analysestandards für die Grenzfläche sowie erste Oberflächenmodofikationen definiert und etabliert und ein laminarer Strömungskanal für die Untersuchungen eingerichtet.

• DFG Programme: Priority Programmes
• Subproject of: SPP 1100: Interface between Biomaterial and Biosystem