Die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) hat ein innovatives Verfahren entwickelt, mit dem sich Polydopamin in bisher unerreichter Präzision herstellen und verarbeiten lässt. Das Polymer besitzt aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften großes Potenzial für Anwendungen in der Medizin-, Sensor- und Sicherheitstechnik. Mit dem Verfahren der BAM ist es erstmals möglich, die dazu erforderlichen komplexen Mikrostrukturen im Bereich weniger Zehntausendstel Millimeter zu erzeugen.
Das Zukunftsmaterial Polydopamin ist von der Natur inspiriert: 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 hervorragend als „Reaktor“: Als dünne Schicht aufgetragen, kann es Oberflächen aus Metall, Keramik oder Polymeren einzigartige chemische und physikalische Eigenschaften verleihen. So sind künftige Anwendungen in der Labortechnik und sogenannte Lab-on-a-Chip-Systeme denkbar.
Polydopamin könnte auch in der medizinischen Diagnostik, in der Gefäß- und Herzmedizin oder in der 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, d.h. in einen Feststoff umgewandelt werden. Das Verfahren gleicht dem 3-D-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.
Mikrostrukturen aus Polydopamin aufbauen
Ein Team der BAM um Ievgeniia Topolniak hat nun 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 herausragenden 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 Multiphotonenlithographie macht zahlreiche Anwendungsbereiche für Polydopamin, in denen solch eine Präzision der Mikrostrukturierung gefordert ist, erstmals realistisch.
Originalpublikation:
High precision micropatterning of polydopamine by Multiphoton Lithography; Ievgeniia Topolniak, Anna Maria Elert, Xenia Knigge, G. C. Ciftci, Jörg Radnik, Heinz Sturm. In: Advanced Materials 2022 -Volume 34, Issue 18; https://doi.org/10.1002/adma.202109509