Biohybride Grenzflächen und ihre Anwendung in der Diagnostik

In diesem Projekt konzentriert sich die Arbeitsgruppe Grenzflächenprozesse auf die Adsorption von biologischen Grundbausteinen und kleinen Biomolekülen an Metall- und Metalloxidoberflächen sowie auf den Transport von kleinen Molekülen und Nanoobjekten durch und entlang von funktionalisierten Oberflächen. Diese Prozesse spielen eine wichtige Rolle etwa für biokompatible Oberflächen, enzymatische Reaktionen an Oberflächen oder neue Sensoren und können damit Auswirkungen auf so unterschiedliche Bereiche wie Transplantationsmedizin, Medikamentenentwicklung oder den Bau medizinischer Sensoren haben.

Die Gruppe verfügt über eines der wenigen Umgebungsdruck-XPS-Geräte weltweit, die im Labormaßstab betrieben werden können. Das Gerät, kurz NAP-XPS (near ambient pressure XPS) ist ideal geeignet, um die Wechselwirkungen zwischen Materialoberflächen und Biomolekülen zu untersuchen, da es Analysen unter annähernd natürlichen Umgebungsbedingungen ermöglicht. Das NAP-XPS liefert dabei quantitative Informationen zur Oberflächenzusammensetzung und ist außerdem geeignet, Bindungszustände und damit die chemische Aktivität der Elemente an der Grenzfläche zu ermitteln.

Außerdem nutzt die Gruppe die Oberflächen-Plasmonenresonanz-Mikroskopie (SPR-Mikroskopie) für die Arbeiten in diesem Projekt. Die SPR-Mikroskopie in der hier beschriebenen Form wurde am ISAS entwickelt und ermöglicht es, Nanoobjekte in flüssigen oder gasförmigen Proben nachzuweisen und zu zählen. Die Technik kann unter anderem eingesetzt werden, um extrem niedrige Virenkonzentrationen oder die Anzahl von Nanopartikeln in Luft zu bestimmen, und zwar ohne langwierige Probenaufbereitung. Zudem eröffnet die Methode neue Möglichkeiten zur Untersuchung von Transportprozessen an Grenzflächen. Sie ist damit interessant für klinische Sensoren, zum Beispiel zur Virenbestimmung oder zur Beobachtung des Vesikeltransports an Zellmembranen.

Um die Methode weiterzuentwickeln, arbeitet die Gruppe derzeit am Einsatz von magnetischen Nanopartikeln für den gerichteten Transport zur Sensorfläche und an neuen Anwendungsfeldern wie zum Beispiel der Krankheitsdiagnostik anhand von Blut und anderen Körperflüssigkeiten.