Aufgedampft und abbaubar

Die Polymerisation durch chemische Gasphasenabscheidung (chemical vapor deposition, CVD) ist eine einfache Methode zur Modifizierung von Oberflächen, mit der sich auch topologisch anspruchs­volle Substrate sehr gleichmäßig mit Polymeren beschichten lassen. Jetzt stellen Forscher erstmalig eine CVD-Methode vor, die zu abbaubaren Polymeren führt. Über spezielle Seiten­gruppen lassen sich Bio­molekülen oder Wirkstoffe anknüpfen. Dies eröffnet neue Möglichkeiten, etwa für die Beschichtung bio­ab­baubarer Implantate.

Bei der CVD-Polymerisation werden die Ausgangs­verbindungen verdampft, bei hoher Temperatur aktiviert und auf Oberflächen abgeschieden, wo sie dann polymerisieren. Im medizinischen Bereich werden z.B. Substrate für Implantate beschichtet, um funktionelle Gruppen als Anker für die Anknüpfung von Bio­molekülen oder Wirk­stoffen einzuführen. Allerdings konnten so bisher lediglich dauerhafte Implantate beschichtet werden, nicht aber Materialien, die nach Erfüllung ihrer Aufgabe abgebaut werden sollen, wie chirurgische Naht­materialien, Systeme zur gesteuerten Abgabe von Wirk­stoffen, Medikamente freisetzende Stents oder Gerüste für die Gewebe­zucht. Denn per CVD ließen sich bisher keine abbaubaren Beschichtungen realisieren.

Jetzt schließt sich diese Lücke, denn die Wissenschaftler von der University of Michigan in Ann Arbor, USA, der North­western Poly­technical University im chinesischen Xi'an und dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben erstmalig ein CVD-Polymer mit abbau­barem Rück­grat synthetisiert. Dies gelang dem Forscherteam um Jörg Lahann durch Co-Polymerisation zweier spezieller Monomer­typen: Die bisher für dieses Verfahren eingesetzten Para­cyclophane wurden mit zyklischen Keten-Acetalen kombiniert. Während die klassischen Polymere auf Basis der Para­cyclophane ausschließlich über Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen verknüpft sind, lagert sich das Keten-Acetal während der Polymerisation so um, dass Ester-Bindungen zwischen Kohlenstoff- und Sauerstoff­atomen innerhalb des Polymer­rück­grates entstehen. Und Ester­bindungen lassen sich in wässriger Umgebung spalten.

„Wie schnell der Abbau erfolgt, hängt vom Mengen­verhältnis der beiden Monomer-Arten sowie von den Seiten­gruppen der Monomere ab“, erläutert Lahann. „Polare Seiten­gruppen machen den Polymer­film weniger wasserabweisend und beschleunigen den Abbau, da leichter Wasser eindringen kann. Die Abbau­geschwindigkeit kann so der entsprechenden Anwendung angepasst werden.“ An Zell­kulturen wiesen die Forscher nach, dass weder das Polymer noch dessen Abbauprodukte toxisch sind.

Das Team stellte Polymerfilme her, die mit funktionellen Seitengruppen als „Verankerungspunkten“ für Moleküle ausgestattet waren, an die sie Fluoreszenz­farbstoffe und Bio­moleküle andocken ließen. „Unsere neuen abbaubaren Polymer­filme könnten breite Anwendung für die Funktionalisierung und Beschichtung von Oberflächen finden, in den Bio­wissenschaften über die Medizin bis hin zur Lebensmittel­verpackung“, so Lahann.

Angew. Chem. / DE