Miesmuschel inspiriert Wissenschaftler

Miesmuscheln haften fest an Außen- und Unterseiten von Schiffen. Dabei hilft ihnen ein Protein, dessen Bestandteil die Aminosäure Dihydroxyphenylalanin (DOPA) ist.

Forscher vom Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP im Potsdam Science Park und ihre Kollegen am Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB (Stuttgart) und dem Fraunhofer USA Center for Manufacturing Innovation CMI in Boston (USA) machen sich diese Eigenschaft zunutze. Sie haben einen biomimetischen Kleber mit außergewöhnlichen Haftungs- und Bindungseigenschaften entwickelt, der in der Biomedizin Einsatz finden könnte: zum Verschließen von offenen Wunden oder auch bei Implantaten. Deren Titanoberflächen werden mit dem Kleber versehen, damit der Körper die Oberfläche als knochenähnliche Substanz erkennt und die Verbindung zum Knochen herstellt.

„DOPA sorgt für eine äußerst effektive Haftung. Diese Eigenschaft haben wir auf unseren Klebstoff übertragen, indem wir Polymere synthetisiert haben, die den Baustein Dopamin enthalten, ein chemisches Analogon von DOPA. Der dopaminbasierte Klebstoff lässt sich mit verschiedenen Additiven, wie Apatit-Partikeln – eine Substanz, aus der Zähne bestehen –, Proteinen und Signalmolekülen versetzen. Diese fördern das Wachstum von Knochenzellen und können als Beschichtungsmaterial etwa für Titanimplantate verwendet werden“, so Dr. Wolfdietrich Meyer, Wissenschaftler am Fraunhofer IAP. Die spezielle Beschichtung lässt das Implantat für den Körper natürlicher erscheinen und kann die Heilung und Integration des Implantats im Körper fördern. Der biobasierte, nachhaltig hergestellte Klebstoff besitzt zudem antimikrobielle Eigenschaften. Die Forscher vom IAP und IGB haben den Kleber für den 3D-Druck nutzbar gemacht. So konnte am Fraunhofer CMI das Material mithilfe eines Bioprinters auf einen dreidimensionalen Titaniumshaft eines Hüftgelenks aufgebracht werden.

Die nächste Herausforderung für Forscher ist es, eine Möglichkeit zu finden, die Klebwirkung zu deaktivieren, um Korrekturen vornehmen zu können, falls es zu einer falschen Platzierung des Klebstoffes kam.

Die dopaminbasierten Polymere eignen sich auch für die Entwicklung funktionalisierter Oberflächen, antibakterieller Materialien und intelligenter Beschichtungen mit speziellen Funktionen. Wird der Kleber mit UV-Licht bestrahlt, härtet er aus und verstärkt seine Haftwirkung.