Bioinspirierte, lignocellulosische Oberflächen mit antimikrobiellen Eigenschaften

• Antragsteller: Dr. Thomas Elschner
• Fachliche Zuordnung: Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 451990883

Im Rahmen dieser Projektfortsetzung werden neue biokompatible MOF-Komposite synthetisiert. Die Cellulosederivate des laufenden Projektes, Metall-Ionen und biogene Linker sollen zu antioxidativen und antimikrobiellen Materialien für die Medizin führen. Ausgehend von den Phenolat-Ankergruppen der cellulosischen Dünnfilme werden SURMOFs mittels layer-by-layer-(LbL)-Verfahren aufgebaut. Die Charakterisierung der SURMOFs wird durch mikroskopische Verfahren (AFM, REM) und QCM-D-Experimente erfolgen, sowie mit ATR-IR-Spektroskopie ergänzt. GIXRD ermöglicht die Bestimmung der MOF-Strukturen, einschließlich deren Wachstumsrichtung. Zum einen werden antimikrobiell wirksame Metall-Ionen und zum anderen antioxidative Linker angewendet. Neben der Bioaktivität aufgrund der stimuli-responsiven Zersetzung der MOF-Komposite in Linker und Metall-Ionen soll auch die Wirkstofffreisetzung aus den Poren eine Rolle spielen. Die Freisetzung wird durch den zeitabhängigen Konzentrationsanstieg mittels F-AAS (Metalle) und HPLC/UV (Antibiotika) quantifiziert. Die nicht-toxischen Eigenschaften der organischen Biolinker sollen durch die Bestimmung der Zellviabilität und Zellmorphologie belegt werden. Antimikrobielle Eigenschaften werden aus Experimenten mit Bakterienkulturen und anschließender Lebend-Tod-Färbung sowie Hemmhoftests bestimmt. Radikal-Assays (antioxidative Effekte) und Studien zur Fibrinogenadsorption mittels QCM-D (Hämokompatibilität) erlauben eine Bewertung der Biokompatibilität. Darüber hinaus werden im Projekt biokompatible Linker aus Stoffströmen der Bioökonomie genutzt. Die Untersuchung an etablierten Carboxylat-Liganden und neuartigen phenolischen Liganden soll das Verständnis über die MOF-Bildung auf Filmen aus Phenolsäureestern der Cellulose ermöglichen. Das Projekt soll Struktur-Eigenschafts-Beziehungen zwischen Anzahl und Anordnung phenolischer Hydroxylgruppen und der Wachstumsrichtung der MOFs aufzeigen. Im bisherigen Projektverlauf hat sich gezeigt, dass die molekulare Struktur durch das Polysaccharid mit Phenolsäuremotiv, DS und der Regiochemie gezielt eingestellt werden kann. Die neuen Materialien sollen aufgrund ihrer antioxidativen und antimikrobiellen (Langzeit)wirkung zukünftig in der regenerativen Medizin eingesetzt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Kooperationspartnerin: Professorin Dr. Karin Stana Kleinschek