Entwicklung multifunktionaler nanostrukturierter Oberflächen zur Verbesserung blutkontaktierender Geräte

• Antragstellerin: Thi Huong Nguyen, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Beschichtungs- und Oberflächentechnik ; Biochemie ; Biomaterialien ; Biomedizinische Systemtechnik ; Biophysik ; Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 567384216

Thrombozytentransfusionen sind in der Traumaversorgung essenziell, werden jedoch durch kurze Haltbarkeit, pH-Instabilität, DEHP-Freisetzung und Kontaminationsrisiken eingeschränkt. Auch blutkontaktierende Geräte fördern Thrombosen durch Thrombozytenadhäsion. Dieses Projekt zielt auf die Entwicklung eines innovativen Blutbeutels ab, indem ein multifunktionales nanoporiges Agarose-Hydrogel auf DEHP-freie EVA- und TPE-Beutel aufgebracht wird – vielversprechende Alternativen zu PVC-basierten DEHP-Beuteln. Mikro-/Nanostrukturen in thrombozytenähnlicher Form, die endotheliale Matrixen nachbilden, reduzieren nachweislich Thrombozytenadhäsion und -aktivierung. Die Skalierung solcher Strukturen für Blutbeutel ist jedoch technisch herausfordernd. Interessanterweise bildet Agarose-Hydrogel von Natur aus Nanoporen, die diesen Strukturen ähneln – eine kosteneffiziente, skalierbare Alternative zur Nanoimprint-Technologie. Wir werden die Porengröße des Hydrogels durch Variation von Gelierungsparametern (z. B. Konzentration, Temperatur, pH, Ionenstärke, Vernetzer) gezielt einstellen, um antiadhäsive, thrombozytenähnliche Oberflächen zu erzeugen. Zusätzlich werden Mikrostrukturen auf die Agarose geprägt, um synergetische Effekte von geprägten und intrinsischen Nanostrukturen mittels FluidFM-Technologie zu untersuchen. Zur antibakteriellen Funktionalisierung werden Silber- (Ag), Magnetit- (Fe₃O₄) Nanopartikel und Chitosan in das strukturierte Hydrogel integriert. Heparin wird zusätzlich zur Hemmung der Thrombozytenaktivierung eingebracht. Für den Einsatz als Beutelauskleidung muss das Hydrogel zuverlässig auf EVA- oder TPE haften. Im Gegensatz zu DEHP-basiertem PVC oder PE bieten diese Materialien eine bessere Gasdurchlässigkeit, Biokompatibilität und keine Weichmacherfreisetzung – ideal für Thrombozytenlagerung. Wir entwickeln dünne Agarose-Kompositbeschichtungen und lösen die Haftungsproblematik durch gezielte Oberflächenmodifikation. Alternative Hydrogele und synthetische Polymere werden zur Verbesserung mechanischer Eigenschaften und Verarbeitung untersucht. Drei zentrale Innovationen kennzeichnen das Projekt: i) thrombozytenähnliche Mikro-/Nanostrukturen zur Verhinderung von Aktivierung und DEHP-Freisetzung, ii) antimikrobielle Hydrogel-Komposite mit Nanopartikeln/Chitosan, iii) strukturierte Agarosebeschichtungen auf EVA/TPE mit optimiertem Gasaustausch und Biokompatibilität. Die natürlich entstehenden Nanoporen in Agarose vereinfachen die Herstellung und ermöglichen eine skalierbare Anwendung in der Blutlagerung, Medizintechnik, Lebensmittelverpackung und anderen kunststoffbasierten Bereichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen