Um das Potenzial von Polydopamin nutzen zu können, braucht es solche Mikrostrukturen von wenigen Zehntausendstel Millimetern.

Bild: BAM

Zukunftsmaterial Polydopamin 3D-Druck auf Zehntausendstel Millimetern

21.04.2022

Das Polymer Polydopamin besitzt aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften großes Potenzial für Anwendungen in der Medizin-, Sensor- und Sicherheitstechnik. Mit einem neuen Verfahren ist es jetzt erstmals möglich, die dazu erforderlichen komplexen Mikrostrukturen im Bereich weniger Zehntausendstel Millimeter zu erzeugen.

An der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) ist ein Verfahren entwickelt worden, mit dem sich Polydopamin in bisher unerreichter Präzision herstellen und verarbeiten lässt. Das Material kommt ursprünglich aus der Natur: Muscheln produzieren das Protein, um sich damit auf Oberflächen jeglicher Art festzusetzen. Seit einigen Jahren wird Polydopamin auch im Labor hergestellt.

Weil es auf Materialien jeglicher Art anhaftet, ist es ein idealer „Klebstoff“, um Werkstoffe miteinander zu verbinden. Da Polydopamin gleichzeitig in hohem Maße biochemisch aktiv ist, eignet es sich sehr gut als „Reaktor“. So kann es, als dünne Schicht aufgetragen, Oberflächen aus Metall, Keramik oder Polymeren einzigartige chemische und physikalische Eigenschaften verleihen.

Einsatz als Klebstoff und Kontrastmittel

Künftige Anwendungen von Polydopamin sind etwa in der Labortechnik und sogenannten Lab-on-a-Chip-Systemen denkbar. Das Material könnte auch in der medizinischen Diagnostik, Gefäß- und Herzmedizin oder Neurotechnologie eingesetzt werden, etwa als Kontrastmittel, Bioklebstoff oder zur kontrollierten Freisetzung von Wirkstoffen.

Dazu müssen extrem geringe Mengen flüssigen Polydopamins auf eine Oberfläche aufgetragen und anschließend polymerisiert, das heißt in einen Feststoff umgewandelt werden. Das Verfahren gleicht dem 3D-Druck – nur geht es bei dieser Spielart des molekularen Designs um wenige Zehntausendstel Millimeter. Mit bisherigen Verfahren ist es nicht möglich, die Morphologie der gewünschten Strukturen mit ausreichender Präzision zu kontrollieren.

Unerreichte Präzision

Ein Team der BAM um Ievgeniia Topolniak hat deshalb erstmals die Multiphotonenlithographie angewandt, um Mikrostrukturen aus Polydopamin aufzubauen. Dabei werden die einzelnen Schichten des flüssigen Ausgangsmaterials mit gepulstem Laserlicht bestrahlt und dadurch in das Polymer Polydopamin mit seinen besonderen Eigenschaften umgewandelt.

Indem sie die Photonen des Lasers absorbieren, polymerisieren die „Grundbausteine“ zu größeren Molekülen und gewinnen feste Gestalt. Über die Geschwindigkeit und Leistung des Lasers lässt sich das Design der Mikrostrukturen bis zum Bereich von einigen Zehntausendstel Millimetern mit hoher Präzision kontrollieren – eine Dimension, die bisher für Polydopamin unerreicht war.

Die Erkenntnisse des BAM-Teams könnten eine bedeutende Rolle für die Materialwissenschaft spielen. Denn durch das neue Verfahren lassen sich einige Anwendungsbereiche für Polydopamin erschließen, die bislang aufgrund der mangelnden Präzision in der Mikrostrukturierung nicht zugänglich waren.

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