Rekombinate Produktion von faserbildenden Muschelbyssuskollagenen und deren bionische Prozessierung zum Einsatz in neuartigen Fasermaterialien
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Etablierung eines biomimetischen Herstellungsprozesses für Gradientenstrukturen: Es wurde eine neue Methode entwickelt, um polymere Gradientenmaterialien auf der Zentimeterskala (Dimension 140x10x1mm3) mit unterschiedlichen Gradientenstrukturen und Prüfkörpergeometrien reproduzierbar herzustellen. Verfahren zur Charakterisierung der Gradientenmaterialien wurden entwickelt. Diese Arbeiten wurden an Polydimethylsiloxanelastomeren (PDMS) durchgeführt. Hierbei ergaben sich Gradienten mit geringen E-Modulen und darüber hinaus enge Modulbereiche. Übertragung der Methode für die Herstellung von thermisch oder photochemisch aushärtenden Polymersystemen: Die entwickelte Methode konnte auf weitere vier thermisch oder photochemisch aushärtende Polyadditions-Polymersysteme übertragen werden, welche unterschiedliche Modulbereiche abdecken. Gegenüber dem PDMS-System wurden Gradienten mit wesentlich höheren und breiteren Modulbereich realisiert. Diese unterschiedlichen polymere Gradientenmaterialien erlauben eine systematische Untersuchung des Einflusses der Gradientenstruktur auf mechanische Eigenschaften im klassischen Zugversuch. Herstellung von Oberflächen mit kontinuierlich veränderlicher Topographie: PDMS-basierte polymere Gradientenmaterialien konnten verwendet werden, um Oberflächen mit kontinuierlich veränderlicher Topographie herzustellen. Übertragung der Methode für die Herstellung von Fibroin und Gelatine-Gradientenfilme: Außerdem konnte die Herstellungsmethode modifiziert werden, um wässrige Fibroin- und Gelatine Gradientenfilme herstellen zu können, welche über biomedizinische Relevanz verfügen können. Da nicht genügend große Mengen an rekombinant hergestellten Muschelkollagenen vom Kooperationspartner zur Verfügung standen, wurde auf kommerziell erhältliche Polymersysteme bzw. Proteinsysteme ausgewichen. Dadurch waren wir nicht auf miniaturisierte Aufbauten wie z.B. Mikrofluidik limitiert und konnten vorteilhaft Verfahren mit größeren Maßstäben realisieren, um erstmalig synthetische longitudinale polymere Gradientenmaterialien herzustellen. Ein wesentlicher Vorteil der entwickelten Methode liegt in der Reproduzierbarkeit, was uns erlaubte, eine große Anzahl an identischen Proben herstellen zu können. Das stellt eine wichtige Voraussetzung für die Interpretation der Zug-Dehnungsexperimente dar. Die Größe der hergestellten Proben von bis zu 14 cm ist für Anwendungen von Gradientenmaterialien in technischen und biomedizinischen Bereichen interessant.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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„Learning from Nature: Synthesis and Characterization of Longitudinal Polymer Gradient Materials Inspired by Mussel Byssus Threads” Macromol. Rapid Commun. 2012, 33, 206-211
K. U. Claussen, R. Giesa, T. Scheibel, H.-W. Schmidt
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„Polymer Gradient Materials: Can Nature Teach Us New Tricks?“ Macromol. Mater. Eng. 2012, 297, 938-957
K. U. Claussen, T. Scheibel, H.-W. Schmidt, R. Giesa
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„Towards Tailored Topography: Facile Preparation of Surface-Wrinkled Gradient Poly(dimethyl siloxane) with Continuously Changing Wavelength” RSC Adv. 2012, 2, 10185-10188
K. U. Claussen, M. Tebbe, R. Giesa, A. Schweikart, A. Fery, H.-W. Schmidt
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„Biocompatible Protein Gradient Films of Fibroin and Gelatine“ Macromol. Biosci. 2013
K. U. Claussen, E. S. Lintz, R. Giesa, H.-W. Schmidt, T. Scheibel
