© Fraunhofer IAP
© Fraunhofer IAP

Materialien für Life Science

Materialien für Life Science

Wir entwickeln Polymersysteme für biomedizinische Anwendungen in Therapie, Diagnose und Prothetik. Im Fokus stehen für uns dabei Polymere mit maßgeschneiderten Eigenschaftsprofilen.

Beispiele für Anwendungsbereiche sind

  • Polymere für biomedizinische Oberflächenmodifizierung
  • Herstellung von Drug-Delivery-Systemen auf Nanocarrier-Basis
  • Copolymere für nicht-virale Genvektoren
  • funktionale Kolloide für Magnet-Resonanz-Bildgebung

Ziel unserer Aktivitäten ist die Überführung von Forschungsergebnissen in Anwendungen in Biologie, Pharmazie und Medizin. Wir arbeiten marktorientiert in Kooperation mit der Industrie.

Aktuelles

 

Wir entwickeln Textilien, die vor Viren schützen.

 

Fraunhofer-Verbundprojekt NGST

Next Generation Schutztextilien

 

Unser Leistungsspektrum

Polymer-basierte Systeme nach Maß

Industriepartnern aus der Life-Science-Branche bieten wir ein breites Spektrum von Dienstleistungen an. Wir haben geeignete Methoden für die Entwicklung maßgeschneiderter polymer-basierter Systeme, die auch auf größere Produktionsmaßstäbe übertragbar sind. Wir sind spezialisiert auf die Synthese und Charakterisierung biokompatibler Polymere und Kolloide, die in den unterschiedlichsten Gebieten Einsatz finden können:

 

Diagnostik

Entwicklung innovativer diagnostischer Methoden, z. B.

  • neue Kontrastmittel für bildgebende Verfahren in der Medizin
  • spezifische Polymere oder Biokonjugate zum Einsatz in diagnostischen Kits oder Biochips

Biofunktionale Beschichtung von Oberflächen, z. B.

  • Immobilisierung von Biomolekülen unter Erhalt der Funktion
  • Unterdrückung unspezifischer Adsorption

 

Medizinprodukte

  • Synthese und Charakterisierung definierter biokompatibler Polymere als Ausgangsstoffe für künstliche Haut, Katheter, Prothesen oder Kontaktlinsen

 

»Intelligente« Materialien durch schaltbare Polymere

  • Entwicklung von Polymeren, die auf einen externen Stimulus, z. B. Temperatur, Licht, pH oder Ionenstärke, mit einer Eigenschaftsänderung reagieren
  • Polymere, bei denen die Anwesenheit bestimmter Verbindungen einen Schaltvorgang auslöst; durch Änderung des Lösungs- oder Benetzungsverhaltens verändert sich die Molekülgestalt oder der Aggregationszustand

Unsere Forschungsthemen

»Intelligente« Materialien

Während die Eigenschaften der meisten synthetischen Materialien permanent festgelegt sind, vermögen sich viele biologische Systeme an ändernde Umweltbedingungen anzupassen. In Analogie zu einem solchen Verhalten wird seit einigen Jahren versucht, Materialien zu entwickeln, deren Eigenschaften sich durch äußere Reize »schalten« lassen. Man spricht dann von »intelligenten« Materialien. Als Schalter kommen viele physikalische oder chemische Reize in Frage − von Temperatur über Licht und pH-Wert bis hin zu komplexen chemischen Reaktionen. Wasserlösliche Polymere bieten in diesem Gebiet besondere Möglichkeiten, nicht zuletzt weil sie sich manchmal gegen die Intuition verhalten. So lösen sich viele ungeladene Polymere zwar bei niedriger Temperatur in Wasser, fallen aber bei erhöhter Temperatur wieder aus. Eine solche Mischungslücke lässt sich gezielt zum Schalten nutzen: eine Temperaturveränderung von nur wenigen Grad verändert das Eigenschaftsprofil eines Polymeren grundlegend. Wir untersuchen derzeit Einsatzmöglichkeiten solcher reversibel schaltbarer Polymere z. B. in Hydrogelen, an Oberflächen oder in Emulgatoren.

 

Wohldefinierte makromolekulare Strukturen

Block-Copolymere, bestehend aus einem nichtionischen Block und einem kationischen Block, sind in der Lage, das negativ geladene Rückgrat der DNS zu komplexieren. Wir untersuchen, inwieweit sich solche Komplexe als nichtvirale Genvektoren eignen.

 

Supramolekulare Selbstorganisation von Makromolekülen

Wir untersuchen die Selbstorganisation von amphiphilen Block-Copolymeren in wässrigen Medien. Diese bilden verschiedenste Morphologien wie einfache Mizellen, Vesikel oder aber Multikompartment-Mizellen. Solch organisierte Nanostrukturen sind z. B. interessant als Vehikel für Drug-Delivery-Anwendungen.

 

Kolloide

Wir entwickeln Kolloide mit maßgeschneiderten Eigenschaften, z. B. monodisperse Ferrofluide für Anwendungen in der Magnetresonanz-Bildgebung. Diese Kolloide enthalten anorganische Partikel aus Magnetit, beschichtet mit molekularen Tarnkappen (Diblöcke von synthetischen Polymeren und Polypeptiden).

Unsere Ausstattung

  • moderne Syntheselabore für nieder- und hochmolekulare Verbindungen
  • moderne Methoden molekulare Analytik organischer Substanzen
  • vielfältige Methoden der Molmassenanalytik:
    • Größenausschluss-Chromatographie (GPC/SEC)
    • Kryoskopie
    • Osmotischer Druck
    • Dampfdruckosmose (VPO)
    • Ultrazentrifuge
  • Polyelektrolyt-Titration, Trübungsphotometrie
  • UV-vis-NiR- und FT-IR Spektrometer
  • Hochleistungsflüssigkeitschromatographie HPLC mit MS Kopplung
  • Thermogravimetrie und Differentialkalorimetrie (DSC)
  • Mikroskope (mit Polarisations-, Dunkelfeld- und Phasenkontrasteinrichtung, Stereoauflicht, inverses Fluoreszenz- und konfokales LaserScanning Mikroskop)
  • Mikrophotografie und digitale Bildauswertung
  • dynamische Lichtstreuung
  • Oberflächenspannung (Tensiometer, Spinning Drop)
  • Rheometer (Rotations-, Oszillations-, Grenzflächen-Rheologie)
  • Präzisions-Dichtemessung
  • Ellipsometer
  • Oberflächenplasmonenresonanz-Spektrometer (SPR)
  • Spin- und Dipcoater
  • Thermogradientenbank zur Bestimmung der Mindestfilmbildungstemperatur (MFT)
  •  Dampf-Sterilisatoren, Autoklaven

Patente

  • S. Bruzzano, G. Deerberg, A. Laschewsky, J. Storsberg, H. Wack, E. Wischerhoff: Energieautarkes Trinkwassergewinnungssystem auf Basis thermisch reversibel schaltbarer Hydrogele, AZ 10 2010 047 788.5 (2011)
  • C. Duschl, A. Lankenau, J.-F. Lutz, A. Laschewsky, E. Wischerhoff, S. Schmidt, T. Hellweg: Thermoreactive substrate with microgels, method for its preparation, and culture method for biological cells, WO 2011116922 A2, DE 102010012252 A1 (2011)
  • C. Duschl, A. Lankenau, J.-F. Lutz, A. Laschewsky, E. Wischerhoff, G. R. Fuhr, F. Bier: Substrate, culture facility and culture method for biological cells, WO 2011116921 A1, DE 102010012254 A1 (2011)
  •  C. Duschl, A. Lankenau, S. Schmidt, T. Hellweg, E. Wischerhoff, A. Laschewsky, J.-F. Lutz: Thermoresponsive microgel substrate for production and cultivation of biological cells, WO 2011116922 A2, DE 102010012252 A1 (2011)
  •  E. Wischerhoff, J.-F. Lutz, A. Laschewsky C. Duschl, A. Lankenau, S. Schmidt, N. Badi: Thermoresponsive multi-layer substrate for biological cells, WO 2011147930A1, EP 2390310A1 (2011)
  •  H. Wack, S. Bruzzano, G. Deerberg, J. Storsberg, A. Laschewsky, E. Wischerhoff: System, Verbund und Verfahren zur Trinkwassergewinnung durch Aufnahme von Luftfeuchtigkeit aus der Umgebung auf Basis thermisch schaltbarer Hydrogele, 10 2010 047 788.5 (2010)
  •  E. Wischerhoff, J.-F. Lutz, A. Laschewsky, C. Duschl (IBMT), A. Lankenau (IBMT), N. Badi, S. Schmidt (MPI-KG): Thermoresponsives Multischichtsubstrat für biologische Zellen AZ: EP 1016 4296.5 (2010)
  •  H. Bäumler, R. Georgieva, D. Wang, M. Chanana, H. Möhwald, J.-F. Lutz: Mikropartikel enthaltend mindestens ein Aggregat aus superparamagnetischen Nanopartikeln, DE102008040042 (2009)

Publikationen

  • A. Fandrich, J. Buller, E. Wischerhoff, A. Laschewsky, F. Lisdat: Electrochemical Detection of the Thermally Induced Phase Transition of a Thin Stimuli-Responsive Polymer Film, ChemPhysChem 13/8, p. 2020–2023 (2012)
  • K. Uhlig, B. Boysen, A. Lankenau, M. Jaeger, E. Wischerhoff, A. Laschewsky, C. Duschl: On the influence of the architecture of poly(ethyleneglycol)-based thermoresponsive polymers on cell adhesion, Biomicrofluidics 6/2, 024129-1–024129-11 (2012)
  • S. Üzgün, G. Nica, C. Pfeifer, M. Bosinco, K. Michaelis, J.-F. Lutz, M. Schneider, J. Rosenecker, C. Rudolph: PEGylation Improves Nanoparticle Formation and Transfection Efficiency of Messenger RNA, Pharmaceutical Research 28/9, p. 2223–2232 (2011)
  • S. Glatzel, A. Laschewsky, J.-F. Lutz: Well-Defined Uncharged Polymers with a Sharp UCST in Water and in Physiological Milieu, Macromolecules 44/2, p. 413–415 (2011)
  • M. K. M. Leung, G. K. Such, A. P. R. Johnston, D. P. Biswas, Z. Zhu, Y. Yan, J.-F. Lutz, F. Caruso: Assembly and Degradation of Low-Fouling Click-Functionalized Poly(ethylene glycol)-Based Multilayer Films and Capsules, Small 7/8, p. 1075–1085 (2011)
  • J.-F. Lutz, B. V. K .J. Schmidt, S. Pfeifer: Tailored Polymer Microstructures Prepared by Atom Transfer Radical Copolymerization of Styrene and N-substituted Maleimides, Macromolecular Rapid Communications 32/2, p. 127–135 (2011)
  • B. V. K. J. Schmidt, N. Fechler, J. Falkenhagen, J.-F. Lutz: Controlled folding of synthetic polymer chains through the formation of positionable covalent bridges, Nature Chemistry 3/3, p. 236–240 (2011)
  • I. Singh, Z. Zarafshani, F. Heaney, J.-F. Lutz: Orthogonal modification of polymer chain-ends via sequential nitrile oxide–alkyne and azide–alkyne Huisgen cycloadditions, Polymer Chemistry 2/2, p. 372–375 (2011)
  • E. Wischerhoff, N. Badi, A. Laschewsky, J.-F. Lutz: Smart Polymer Surfaces: Concepts and Applications in Biosciences, Advances in Polymer Science 240/0, p. 1–33 (2011)
  • J. Buller, A. Laschewsky, J.-F. Lutz, E. Wischerhoff: Tuning the Lower Critical Solution Temperature of Thermoresponsive Polymers by Biospecific Recognition, Polymer Chemistry 2/7, p. 1486–1489 (2011)
  • D. Zehm, A. Laschewsky, P. Heunemann, M. Gradzielski, S. Prévost, H. Liang, J.P. Rabe, J.-F. Lutz: Synthesis and Self-assembly of Amphiphilic Semi-brush and Dual Brush Block Copolymers in Solution and on Surfaces, Polymer Chemistry 2/1, p. 137–147 (2011)
  • S. Schmidt; S. Kessel; E. Wischerhoff; A. Laschewsky; J.-F. Lutz; K. Uhlig; A. Lankenau; C. Duschl; A. Fery: Bioactive Surfaces Based on PEG. An AFM Characterization of Novel Thermo-responsive Surfaces, Imaging & Microscopy 12/1, p. 40–42 (2010)
  • A. Laschewsky, E. Wischerhoff, N. Badi, J.-F. Lutz: Smart bioactive surfaces, Soft Matter 6/4, p. 705–713 (2010)
  • J.-F. Lutz, S. Kessel, S. Schmidt, R. Müller, E. Wischerhoff, A. Laschewsky, K. Uhlig, A. Lankenau, C. Duschl, A. Fery: Thermoresponsive PEG-Based Polymer Layers: Surface Characterization with AFM Force Measurements, Langmuir 26/5, p. 3462–3467.(2010)
  • K. Uhlig, E. Wischerhoff, J.-F. Lutz, A. Laschewsky, M. S. Jaeger, A. Lankenau, C. Duschl: Monitoring cell detachment on PEG-based thermoresponsive surfaces using TIRF microscopy, Soft Matter 6/17, p. 4262–4267 (2010)
  • J.-F. Lutz: Sequence-controlled polymerizations: the next Holy Grail in polymer science?, Polymer Chemistry 1/1, p. 55–62 (2010)
  • J.-F. Lutz: Polymer Chemistry: A Controlled sequence of events, Nature Chemistry 2/2, p. 84–85 (2010)
  • Z. Zarafshani; T. Obata; J.-F. Lutz: Smart PEGylation of Trypsin, Biomacromolecules 11/8, p. 2130–2135 (2010)
  • S. Glatzel, N. Badi, M. Päch, A. Laschewsky, J.-F. Lutz: Well-defined synthetic polymers with a protein-like gelation behavior in water, Chemical Communications 46/25, p. 4517–4519 (2010)
  • S. Üzgün, Ö. Akdemir, C. Maucksch, M. M. Golas, B. Sander, H. Stark, R. Imker, J.-F. Lutz and C. Rudolph: Characterization of tailor-made copolymers of oligo(ethylene glycol) methyl ether methacrylate (OEGMA) and N,N-dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEMA) as nonviral gene transfer agents – Influence of macromolecular structure on gene vector particle prop, Biomacromolecules 11/1, p. 39–50 (2010)
  • M.-A. Berthet, Z. Zarafshani, S. Pfeifer, J.-F. Lutz: Facile Synthesis of Functional Periodic Copolymers: A Step toward Polymer-Based Molecular Arrays, Macromolecules 43/1, p.44–50 (2010)
  • A. Laschewsky, J. Storsberg, E. Wischerhoff: Tailoring Surfaces by Polymer Grafting on Paper, Cellulose and Related Substrates, chapter 15 in: PTS Symposium Applied Interface Chemistry Targeted use of interface processes for paper and board production München, 9.–10.02.2010, Production and publishing house: Books on Demand GmbH, Norderstedt (2010)
  • J.-F. Lutz, K. Schade, A. Hoth: Design of Oligo(ethylene glycol)-based Thermoresponsive Polymers: an Optimization Study, Designed Monomers and Polymers 12/4, 343–353 (2009)
  • J.-F. Lutz: Vers des dérivés poly(éthylène glycol) intelligents : ou comment transformer un polymère biocompatible en un polymère stimulable, Bulletin du Groupe Français d’études et d’applications des Polymères (GFP) 2009/112, p. 22–24 (2009)
  • S. Pfeifer, Z. Zarafshani, N. Badi, J.-F. Lutz: Liquid-Phase Synthesis of Block Copolymers Containing Sequence-ordered Segments, Journal of the American Chemical Society 131/26, p. 9195–9197 (2009)
  • I. Singh, Z. Zarafshani, J.-F. Lutz, F. Heaney: Metal-Free “Click” Chemistry: Efficient Polymer Modification via 1,3-Dipolar Cycloaddition of Nitrile Oxides and Alkynes, Macromolecules 42/15, p. 5411–5413 (2009)
  • I. Tan, Z. Zarafshani, J.-F. Lutz, M.M. Titirici: PEGylated Chromatography: Efficient Bioseparation on Silica Monoliths Grafted with Smart Biocompatible Polymers, ACS Applied Materials and Interfaces 1/9, p. 1869–1872 (2009)
  • N. Badi, J.-F. Lutz: Sequence Control in Polymer Synthesis, Chemical Society Reviews 38/12, p. 3383–3390 (2009)
  • N. Badi, J.-F. Lutz: PEG-based thermogels: Applicability in Physiological Media, Journal of Controlled Release 140/3, p. 224–229 (2009)
  • M. Chanana, S. Jahn, R. Georgieva, J.-F. Lutz, H. Bäumler, D. Wang: Fabrication of Colloidal Stable, Thermosensitive, and Biocompatible Magnetite Nanoparticles and Study of Their Reversible Agglomeration in Aqueous Milieu, Chemistry of Materials 21/9, p. 1906–1914 (2009)
  • N. Fechler, N. Badi, K. Schade, S. Pfeifer, J.-F. Lutz: Thermogelation of PEG-based Macromolecules of Controlled Architecture, Macromolecules 42/1, p. 33–36 (2009)
  • E. Wischerhoff; S. Glatzel; K. Uhlig; A. Lankenau; J.-F. Lutz; A. Laschewsky: Tuning the Thickness of Polymer Brushes Grafted from Nonlinearly Growing Multilayer Assemblies, Langmuir 25/10, p. 5949–5956 (2009)
  • J.-F. Lutz: Synthesis of Smart Materials by Atom Transfer Radical Polymerization of Oligo(ethylene glygol) Methacrylates, New Smart Materials via Metal Mediated Macromolecular Engineering, NATO Science for Peace and Security Series A: Chemistry and Biology, Springer (2009)
  • J.-F. Lutz, B.S. Sumerlin: The Role of Click Chemistry in Polymer Synthesis Click Chemistry for Biotechnology and Materials Science, Chichester John Wiley & Sons (2009)
  • Z. Zarafshani, J.-F. Lutz: Polymer- and Colloid-Functionalization using a Combination of ATRP and Click Chemistry, New Smart Materials via Metal Mediated Macromolecular Engineering, NATO Science for Peace and Security Series A: Chemistry and Biology, Springer (2009)
  • J.-F. Lutz: Development of Versatile Chemical Platforms to Access New Generations of “Smart” Polymer Materials, Universität Potsdam, Potsdam (2009)
  • Ö. Akdemir; N. Badi; S. Pfeifer; Z. Zarafshani; A. Laschewsky; E. Wischerhoff; J.-F. Lutz: Design of Thermoresponsive Materials by ATRP of Oligo(ethylene glycol)-based (Macro)monomers, Controlled/Living Radical Polymerization: Progress in ATRP, Washington DC, American Chemical Society (2009)