Design of biocompatible interfaces between living systems and semiconductor devices

• Applicant: Professor Dr. Motomu Tanaka
• Subject Area: Biophysics
• Term: from 2001 to 2008
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5318904

Das Hauptziel dieses Forschungsvorhabens ist die Herstellung und Funktionalisierung von biologisch kompatiblen Oberflächen, die als Verknüpfungsort zwischen biologischen Materialien und Halbleitern als Messinstrument eingesetzt werden. Um dies zu verwirklichen, wird die Oberfläche mit weichen Polymerfilmen und Lipidmembranen beschichtet. Die zur Funktionalisierung benötigte Vorgehensweise kann wie folgt spezifiziert werden: (1) Konstruktion und Bearbeitung der Halbleiteroberfläche; (2) Übertragung des Polymerfilms; und (3) die Rekonstruktion von Modellen der Zellmembran auf die mit Polymeren beschichteten Oberflächen unter nicht denaturierten Bedingungen. Im ersten Schritt werden homogene oder nanostrukturierte Halbleiteroberflächen (Quantenpunkte) mit selbst assemblierten Monolagen organischer Moleküle von 1 - 2 nm Dicke beschichtet. Um das Auflösen der Halbleiteroberfläche in flüssigen Medien zu vermeiden, sind solch ultradünne Schichten unverzichtbar. Des weiteren unterdrücken sie den Einfluß des Halbleiterzustands auf die Modellzellmembran. Im nächsten Schritt der Funktionalisierung werden dünne Filme (d = 5-50 nm) biologischer Hydrogele (z.B. Dextran, Hyaluronsäure) und synthetisch modifizierte Zellulose auf diese Monolagen aufgetragen, um das Verhalten der extrazellulären Matrix nachzuahmen. Abschließend werden Mono- und Doppelschichten von Lipiden mit einer künstlichen Glykokalix (z.B. Lipopolymere, Glycolipide) und Proteinen (z.B. Fusionsproteine mit Histidin Anker, Ionenkanäle, Integralproteine) assembliert. Die Eigenschaften der Grenzfläche von solchen Multischichten können mit einer Vielzahl oberflächensensitiver Methoden quantitativ charakterisiert.

• DFG Programme: Independent Junior Research Groups