Funktionelle Hybridmaterialien aus erneuerbaren Ressourcen

Das Ziel des Projekts ist die Darstellung neuer funktioneller Hybridmaterialien auf der Basis erneuerbarer Rohstoffe. Im Rahmen dieses Projekts sollen verschiedene Polysaccharide wie Chitin, Chitosan, Alginat und Xylan unter Verwendung von Alkoxysilanen in einen Sol-Gel Prozess integriert werden. Alle verwendeten Polysaccharide sind entweder Abfallprodukte aus der Nahrungsmittel- bzw. Papierindustrie und können nicht für Ernährungszwecke verwendet werden. Die Verwendung verschiedener Verarbeitungstechniken ermöglicht die Herstellung von Materialien mit unterschiedlichsten Eigenschaften, von nanometrischen Filmen (Spin-Coating), Nanofasern (Elektrospinning) oder porösen Materialien (superkritische Trocknung), wobei die Schichtdicke der Filme und der Nanofasern durch Variation der Viskosität, und der Konzentration eingestellt werden kann. Eine weitere Möglichkeit zur Steuerung dieses Parameters ist die Verwendung von Polysacchariden mit unterschiedlichen Molekulargewichten. Der Einbau von Silanen in die Polysaccharidmatrix ermöglicht eine Kontrolle des Quellverhaltens der Polysaccharide, was überaus vorteilhaft für eine mögliche spätere Anwendung als Wundauflage oder als künstliches Gewebe ist. Zusätzlich kann die Benetzbarkeit der Oberflächen durch Verwendung hydrophiler, hydrophober oder oleophober Alkoxysilane gesteuert werden. Neben den üblichen analytischen Techniken zur Oberflächenanalyse (Atomkraftmikroskop, Elektronenmikroskopie, Photoelektronenspektroskopie) werden die Materialien intensiver antimikrobieller Tests unterzogen, und ihre Aktivität gegenüber gängigen Keimen und Pilzen wie staphylococcus aureus, escherichia coli, streptococcus agalensis, candida albicans, candida glabrata evaluiert. In diesem Zusammenhang soll der Einfluss des Siliciumgehalts, des Alkoxysilantyps, und der Oberflächenmorphologie untersucht werden. Weiters werden Studien zur Biokompatibilität dieser Oberflächen durchgeführt werden. Im Falle der nanometrischen Filme wie auch der Nanofasern werden diese Tests zusätzlich unter Zuhilfenahme einer Quartz-Kristall Nanowaage (QCM) durchgeführt, die es erlaubt, das Wachstum von Zellen in Echtzeit zu verfolgen. Außerdem wird das Adsorptionsverhalten von Fibronectin an den Materialien studiert. Fibronectin spielt eine zentrale Rolle im Wundheilungsprozess, bei der Assimilierung künstlicher Gewebe und bei der Zelldifferenzierung und ist deshalb hinsichtlich späterer Anwendungen besonders interessant. Neben Wechselwirkungen mit physiologischen Systemen, werden speziell die Nanofasern sogenannter Nanointendierung unterzogen. Diese Experimente verwenden eine AFM Spitze um die Nanofasern zu verzerren und geben Aufschluss über die mechanischen Eigenschaften (z.B. E-Modul) der Nanofasern im Nanometerregime. Diese Untersuchungen werden bei unterschiedlichen relativen Luftfeuchten durchgeführt sowie in Anwesenheit von simulierter Körperflüssigkeit, um physiologische Bedingungen nachzuahmen. Im Zuge dieser Experimente wird auch die Freisetzung von Silicium aus den Materialien mittels induktiv gekoppelter Plasma Massenspektrometrie bestimmt.