Unter dem Mikroskop sehen sie aus wie winzige Kuchendiagramme oder bunte Zuckerstangen vom Jahrmarkt: Einem Team von der University of Michigan (USA) ist es gelungen, mikrometergroße Scheibchen und längliche Stäbchen herzustellen, die präzise aus verschiedenfarbigen Kompartimenten aufgebaut sind. Angewendet werden könnte sie beispielsweise für den Wirkstofftransport, Gewebekultur, gebündelte Biotests sowie für „intelligente“ Displays.
Wie Forscher um Joerg Lahann in der Zeitschrift Angewandte Chemie berichten, entwickelten sie eine einfache, kostengünstige, verlässliche und skalierbare Methode zur Herstellung von Mikrozylindern aus mehreren Kompartimenten. Der innere Aufbau, das Seitenverhältnis und die Oberflächenchemie lassen sich mit dem neuen Verfahren, das auf einem elektrodynamischen Co-Spinnprozess und der Anfertigung von Mikroschnitten basiert, gezielt einstellen.
Mit der neuen Methode lassen sich Partikel aus präzise designten Kompartimenten mit voneinander unabhängigen physikalischen und chemischen Eigenschaften herstellen. Als mögliche Anwendungsgebiete gelten beispielsweise Wirkstofftransport, Gewebekultur, gebündelte Biotests sowie „intelligente“ Displays und reaktionsfähige Materialien.
Spinndrüsen und elektrisches Feld
Zweifarbige Zylinder lassen sich herstellen, indem zwei verschieden angefärbte bioabbaubare Polymerlösungen durch zwei direkt aneinander liegende Spinndüsen gepumpt werden. Ein elektrisches Feld streckt die austretenden Tropfen, eine Zweikomponenten-Faser wird ausgestoßen und auf einem „Spinnrad“ zu einem Faserbündel aus parallel ausgerichteten einzelnen Fasern aufgewickelt.
Die Forscher betten dann rund einen Zentimeter lange Faserbündel in ein Gel ein, das sie einfrieren. Mit einem Mikrotom fertigen sie Dünnschnitte an. Nach dem Auflösen des Gels in Wasser und einer Ultraschallbehandlung lassen sich die Bündel in einzelne, gleich große Zylinder trennen. Die Länge der Zylinder hängt von der Dicke der Mikrotomschnitte ab. So lassen sich flache Scheibchen bis zu langen Stäbchen erzeugen.
Kuchendiagramm oder Streifen
Werden mehr als zwei Spinndüsen verwendet, lassen sich auch Fasern aus drei, vier oder mehr verschiedenen Komponenten erzeugen. Je nach Anordnung der Düsen können verschiedene Muster gewählt werden. So entstehen beispielsweise zylindrische Partikel, die in der Aufsicht wie ein gedritteltes oder gevierteltes Kuchendiagramm aussehen. Ein streifenweiser Aufbau gelingt, wenn die Düsen nebenenander positioniert werden. Die einzelnen Segmente sind immer gleich groß und klar gegeneinander abgegrenzt.
Ankerstellen für Biokomponenten vorhanden
Statt die Komponenten anzufärben, lassen sich auch verschiedene (Bio-)Reagenzien an die Segmente der Zylinder knüpfen, wenn spezifische „Ankerstellen“ in das Polymer eingebaut sind. Spezielle Formen werden zugänglich, wenn ein oder mehrere Segmente aus einem Polymer bestehen, das sich selektiv auflösen lässt. Beispielsweise könnte ein Viertel eines Vierkomponenten-Zylinders entfernt werden, um ein Stäbchen mit einer Kerbe zu erhalten.
(Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V., 26.05.2009 – NPO)
