DFG-Sachbeihilfe: Graphen-beschichtete weiche elastische Materialien für die Untersuchung von Zelladhäsion: Lokale nanomechanische Eigenschaften und markierungsfreie elektronische Biosensorik


Zellstudien finden oft auf festen Trägermaterialien statt, wo die Oberfläche bisher nur eine untergeordnete Rolle gespielt hat. Die neuesten Experimente zeigen, dass Zellen mit ihrer Umgebung stark wechselwirken und die Steifheit der Trägerfläche eine wesentliche Rolle beim Zellwachstum spielt. Durch eine Variation der Steifheit von weichen Zellkulturoberflächen können die mechanischen Eigenschaften der Zellumgebung gezielt eingestellt werden und die Auswirkungen auf Interaktionen zwischen Zellen und zwischen Zellen und der Oberfläche untersucht werden. Die meisten Untersuchungen zur Zelladhäsion auf weichen Oberflächen nutzen optische Detektionsmethoden wo eine Markierung bestimmter Zellkomponenten oft notwendig ist. Ferner gibt es Einschränkungen beim Gewinnen von Information aus der Zell-Material-Grenzfläche in Echtzeit. Elektronische Sensoren – realisiert in Form von Elektroden, die zwischen den Zellen und der Trägeroberfläche platziert werden – können die Erfassung von Zell-Oberflächen-Wechselwirkungen in Echtzeit auf markierungsfreiem Wege ermöglichen. Dieses Vorhaben beschäftigt sich mit der Realisierung eines Biomaterialplattforms, wobei weiche elastische Materialien mit einzelnen Graphenmonolagen (als Elektroden) überzogen werden und für die Untersuchung von Zelladhäsion eingesetzt werden sollen. Drei spezifische Fragestellungen werden in diesem Projekt adressiert. Als Erstes soll der Einfluss einer Graphenmonolage an den elastischen Eigenschaften der weichen Trägerfläche mittels nanomechanischer Rastersondenmikroskopie charakterisiert werden. Das zweite Hauptziel ist die Realisierung von Sensorbauelementen auf der Basis einer Graphenmonolage auf der weichen Trägeroberfläche und der Einsatz von Impedanzspektroskopie zur markierungsfreien Untersuchungen von Zellprozessen in Echtzeit. Schließlich sollen chemische Funktionalisierungsmethoden genutzt werden um spezifische Rezeptoren an der Graphenoberfläche anzubringen um die daraus folgenden Effekte auf Zelladhäsion zu erfassen. Obwohl die geplanten Aktivitäten auf Brustkrebszellen konzentrieren, soll das geplante Plattform auch auf anderen Zellarten und zellulären Prozessen erweiterbar sein.
Zellstudien finden oft auf festen Trägermaterialien statt, wo die Oberfläche bisher nur eine untergeordnete Rolle gespielt hat. Die neuesten Experimente zeigen, dass Zellen mit ihrer Umgebung stark wechselwirken und die Steifheit der Trägerfläche eine wesentliche Rolle beim Zellwachstum spielt. Durch eine Variation der Steifheit von weichen Zellkulturoberflächen können die mechanischen Eigenschaften der Zellumgebung gezielt eingestellt werden und die Auswirkungen auf Interaktionen zwischen Zellen und zwischen Zellen und der Oberfläche untersucht werden. Die meisten Untersuchungen zur Zelladhäsion auf weichen Oberflächen nutzen optische Detektionsmethoden wo eine Markierung bestimmter Zellkomponenten oft notwendig ist. Ferner gibt es Einschränkungen beim Gewinnen von Information aus der Zell-Material-Grenzfläche in Echtzeit. Elektronische Sensoren – realisiert in Form von Elektroden, die zwischen den Zellen und der Trägeroberfläche platziert werden – können die Erfassung von Zell-Oberflächen-Wechselwirkungen in Echtzeit auf markierungsfreiem Wege ermöglichen. Dieses Vorhaben beschäftigt sich mit der Realisierung eines Biomaterialplattforms, wobei weiche elastische Materialien mit einzelnen Graphenmonolagen (als Elektroden) überzogen werden und für die Untersuchung von Zelladhäsion eingesetzt werden sollen. Drei spezifische Fragestellungen werden in diesem Projekt adressiert. Als Erstes soll der Einfluss einer Graphenmonolage an den elastischen Eigenschaften der weichen Trägerfläche mittels nanomechanischer Rastersondenmikroskopie charakterisiert werden. Das zweite Hauptziel ist die Realisierung von Sensorbauelementen auf der Basis einer Graphenmonolage auf der weichen Trägeroberfläche und der Einsatz von Impedanzspektroskopie zur markierungsfreien Untersuchungen von Zellprozessen in Echtzeit. Schließlich sollen chemische Funktionalisierungsmethoden genutzt werden um spezifische Rezeptoren an der Graphenoberfläche anzubringen um die daraus folgenden Effekte auf Zelladhäsion zu erfassen. Obwohl die geplanten Aktivitäten auf Brustkrebszellen konzentrieren, soll das geplante Plattform auch auf anderen Zellarten und zellulären Prozessen erweiterbar sein.


Projektleitung
Balasubramanian, Kannan Prof. Dr. (Details) (Analytische Chemie / Nanoanalytik)

Beteiligte Organisationseinheiten der HU

Laufzeit
Projektstart: 03/2021
Projektende: 03/2024

Forschungsbereiche
Biomaterialien, Mikrosysteme, Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung

Forschungsfelder
Graphene, Oberflächen

Zuletzt aktualisiert 2022-07-09 um 17:08