CHIRON: Keramische Hybrid-Grenzflächen für eine optimale Zellstimulation

• Antragsteller: Privatdozent Dr.-Ing. Tobias Fey
• Fachliche Zuordnung: Biomaterialien ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 551322908

Ziel des CHIRON-Projekts ist die Entwicklung fortschrittlicher Komposit-Biomaterialien mit neuartigen Kompositmaterialien aus Siliziumkarbid (SiC), Hydroxylapatit (HaP) und Kohlenstoffnanoröhren (CNT), die mit DNA-Peptid-Hybrid-Grenzflächen (1D-Nanomaterialien) beschichtet sind, die durch Mikrostrukturierung und Oberflächenfunktionalisierung das Zellwachstum kontrolliert stimulieren und die biologische Funktionalität zur Verbesserung der Zellregeneration erhöhen können. Dies hat positive weitreichenden Auswirkungen auf das Tissue Engineering, die regenerative Medizin und andere biomedizinische Bereiche. Ermöglicht wird dies durch eine deutliche Verbesserung der Bindung der CNT an das SiC. Daraus ergeben sich folgende Ziele a) Entwicklung und Optimierung eines keramischen HaP-Matrix-Komposits auf Basis von SiC-Partikeln mit einstellbarer poröser Mikrostruktur zur Verbesserung der Zell-Material-Interaktionen für biomedizinische Anwendungen. b) Selektive Funktionalisierung des entwickelten porösen keramischen HaP-Matrix-Komposits auf Basis von SiC mit CNT und DNA-Peptid-Konjugaten zur Verbesserung spezifischer zellulärer Signalwege, Dadurch wird das Material für eine gezielte Zellstimulation und -proliferation in vitro optimiert und c) die Zellregeneration verbessert, indem die mechanischen Eigenschaften durch die Funktionalisierung verstärkt werden, die Nährstoffversorgung ermöglicht wird und das Material gleichzeitig als Gerüst mit Verbundmaterialien dient, die sowohl die innere als auch die äußere Umgebung bilden. Der Schwerpunkt des Projektes liegt auf der Implementierung von SiC-Partikeln zur Bindung der CNT an das Carbid, da eine Bindung an das HaP nicht problemlos möglich ist. Im Bereich der Material- und porösen Mikrostrukturentwicklung werden die verschiedenen hybriden Grenzflächen durch unterschiedliche Zusammensetzungen (disperse SiC-Partikel, Kern-Schale-Struktur und eine Kombination aus beiden) erzeugt. Die selektive Funktionalisierung des SiC mit CNTs und DNA-Peptidverbindungen ermöglicht dann ein verbessertes und gerichtetes Zellwachstum. Jeder Entwicklungsschritt wird durch begleitende in vitro Zellversuche auf die Verbesserung des Zellwachstums hin untersucht. Neben der Entwicklung neuartiger keramischer Komposite aus SiC und HaP wird auch die Ausbildung hybrider Grenzflächen, d.h. die Grenzfläche zwischen SiC und HaP sowie zwischen SiC und CNT, CNT und DNA-Peptid beschichtet, sowie die Porosität im Detail analysiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Südkorea
• Partnerorganisation: National Research Foundation of Korea, NRF
• Kooperationspartner: Professor Jung Heon Lee