Gemeinsam mit Ralf Hauser vom ebenfalls in Dresden beheimateten Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM) leitet Hauser das Forschungsvorhaben. Die Bioverfahrenstechnikerin und der Werkstoffwissenschaftler wollen geeignete metallische Hohlkugeln und Metallschäume entwickeln. Das Problem: die funktionale Beschichtung der Metalloberflächen. Zum einen soll diese Beschichtung haftfest sein, sich also nicht ständig vom Metall lösen. Andererseits sollen sich die jeweils funktionalen Biomoleküle, also zumeist Enzyme, auch problemlos auswechseln lassen – sei es, für eine neue Reaktion oder einfach nur, um nicht mehr funktionsfähige Enzyme durch frische zu ersetzen. Die Dresdner erforschen, ob sich Kolloidlösungen auf der Basis von Metallalkoxiden dafür eignen. Die Beschichtung erfolgt über nasschemische Prozesse wie Eintauchen oder Besprühen. Auf der Oberfläche aufgebracht, wandelt sich die Lösung dann in ein Gel um, das wiederum über eine Hitzebehandlung in eine feste Schicht übergeht.
Für eine gute Haftung der Biomoleküle an dieser Schicht muss der gesamte Prozess ausgehend von der Auswahl des Schichtmaterials entwickelt und an Modellpulvern getestet werden. Dabei spielen Schichtqualität, Schichtdicke und Haftfestigkeit aber auch die spezifische Oberfläche, die Porengröße und das Porenvolumen der Beschichtung eine Rolle. Außerdem wollen die Wissenschaftler testen, wie stark die Bindung sein sollte. Um gut zu funktionieren, sollten Enzyme beweglich sein. Ablösen sollten sie sich nach Möglichkeit aber auch nicht.
Werner und Hauser haben bereits erste Ideen, welche Biomoleküle sie auf die Metalloberflächen bringen wollen. Zum einen kommen diese aus dem Bereich Biokatalyse, wo sie wie Lipasen die Fettspaltung katalysieren oder wie Laccasen Lignine zerlegen (beide wichtig für die Biotreibstoffherstellung), zum anderen aus dem Bereich Biosensorik, wo sie in kurzer Zeit Informationen über das Vorhandensein bestimmter Substanzen in einer Untersuchungslösung liefern sollen. Gerade bei den Biosensoren eröffnen sich viele neue Möglichkeiten. So werden metallische Elemente bereits beim Bau von mikrofluidischen Plattformen eingesetzt (zum Beispiel als Magnete in Mikroventilen). Eine erfolgreiche Biofunktionalisierung dieser Elemente würde die Zahl der Anwendungsgebiete nochmals deutlich erhöhen. Derzeit gibt es noch viele Einwegbiosensoren auf dem Markt. Findet das Verbundprojekt eine Lösung für das Beschichtungsproblem, könnten sich bald auch hier mehrfach verwendbare und somit ressourcenschonende Sensorsysteme durchsetzen. (ml)
