Polyelectrolyt Multilayer Grenzfläche

Polyelektrolyt Multischichten (Polyelectrolyt Multilayer, PEMs) entstehen durch das alternierende Aufbringen von entgegengesetzt geladenen Polymeren auf ein geladenes Substrat. Das Substrat hat wiederum eine entgegengesetzte Ladung zu dem Polymer, das in der ersten Schicht aufgebracht wird. Zum Aufbringen weiterer Einzelschichten erfolgt das abwechselnde Eintauchen in Lösungen mit den unterschiedlichen Polymeren. Durch eine mehrfache Wiederholung des Eintauchprozesses kann aus einer Einzelschicht mit einer Dicke in nm-Bereich ein Film bis in den µm-Bereich entstehen.

Die Grundlage für die Herstellung der PEM-Beschichtungen durch das so genannte Layer-by-Layer-Verfahren (LbL) ist die elektrostatische Wechselwirkungen von den als Anion, bzw. als Kation fungierenden Polymeren. Der Wahl der Polymere sind dabei fast keine Grenzen gesetzt und die hergestellten PEMs eignen sich für unterschiedlichste Anwendungen. Am iba werden PEMs hauptsächlich zur Biofunktionalisierung von Oberflächen eingesetzt. Dabei können die PEMs als reine Drug-delivery-Systeme, zur Erhöhung der Zellkompatibilität oder auch zur Erhöhung des Anti-Fouling-Effektes eingesetzt werden.

Eine typische Anwendung ist zum Beispiel die Verwendung von PEMs als Anti-Fouling-Schicht zur Vermeidung von Biofilmbildung auf Oberflächen von medizinischen Produkten. Hier besteht trotz der hohen hygienischen Standards immer noch die Gefahr Pathogene über das Medizinprodukt in die Operationswunde einzubringen. Eine Oberfläche die eine Reduktion der Keimbelastung gewährt ist daher ein zentrales Anliegen. Der passive anti-Adhäsive Effekt der PEMs kann durch die Beladung mit Antibiotika weiter verstärkt werden und es kann gezielt eine antibakterielle Beschichtung erzeugt werden.

Neben dem Anti-Fouling wird am iba auch an der Verbesserung der Zytokompatibilität gearbeitet. Dazu werden unter anderem natürliche Polymere verwendet, die als Bestandteil der extrazellulären Matrix im Körper vorkommen. Die verwendeten Polymere bieten den Zellen nicht nur zusätzliche Adhäsionspunkte, sondern können auch als Reservoir für Wachstumsfaktoren verwendet werden. Darüber hinaus bestehen noch unterschiedliche Modifikationsmöglichkeiten zur Anpassung der physikochemischen Eigenschaften der PEMs. Damit können am iba je nach Fragestellung und Anwendung individuell designte PEMs hergestellt werden.