Unsere Forschung befasst sich mit Materialien, die entweder im menschlichen Körper vorkommen oder dort zum Einsatz kommen sollen:

Tribologie und biologische Schmiermittel

Wir untersuchen die tribologischen Eigenschaften von biologischen Proben und biopolymeren Beschichtungen und wollen verstehen, welche molekularen Komponenten für die herausragenden biomechanischen Eigenschaften von biologischen Schmiermitteln verantwortlich sind und wie sie Reibung und Abrieb minimieren. Ein Ziel dieser Forschung ist auch die Entwicklung verschiedener Biopolymere als makromolekulare Beschichtung für medizinische Anwendungen.

Literatur:
B. Winkeljann, P.-M. A. Leipold and O. Lieleg, Macromolecular coatings enhance the tribological performance of polymer-based lubricants, Advanced Materials Interfaces. doi.org/10.1002/admi.201900366 (2019)

M. Marczynski, B.N. Balzer, K. Jiang, T.M. Lutz, T. Crouzier, and O. Lieleg, Charged glycan residues critically contribute to the adsorption and lubricity of mucins, Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, doi.org/10.1016/j.colsurfb.2019.110614 (2019)

B. Winkeljann, K. Boettcher, B. Balzer and O. Lieleg, Mucin coatings prevent tissue damage at the cornea-contact lens-interface, Advanced Materials Interfaces, (4) 19, 1700186 (2017)

EU Horizons 2020 Projekt APRICOT "Anatomically Precise Revolutionary Implant for bone Conserving Osteoarthritis Treatment"

(Bio-)Hybrid-Materialien

Biologische Moleküle besitzen oft herausragende Eigenschaften, sind alleine aber selten nutzbar. Daher versuchen wir Hybridmaterialien zu entwickeln, die entweder biologische Moleküle neu kombinieren oder biologische Komponenten mit anorganischen/synthetischen Substanzen verbinden. Beispiele für solche von uns entwickelten Hybridmaterialien sind Hydrogele mit vorprogrammierter, kontrollierter Wirkstofffreisetzung oder thermisch aktivierbaren Selbstgelationseigenschaften oder Bio-Hybrid-Mörtel, der durch den Zusatz einer biologischen Substanz wasserabweisende Eigenschaften erhält.

 

Literatur:
C. Kimna and O. Lieleg, Engineering an orchestrated release avalanche from hydrogels using DNA-nanotechnology, Journal of Controlled Release. 304, 19-28 (2019)

B. Winkeljann, B. Käsdorf, J. Boekhoven and O. Lieleg, Macromolecular coating enables tunable selectivity in a porous PDMS matrix, Macromolecular Bioscience, 1700311 (2017)

S. Grumbein, D. Minev, M. Tallawi, K. Boettcher, F. Prade, F. Pfeiffer, C.U. Große and O. Lieleg, Hydrophobic Properties of Biofilm-Enriched Hybrid Mortar, Advanced Materials, 28(37): 8138-8143 (2016)

TV Bericht Nano (3Sat) 5:21 Min.

Mikrofluidik-Chips für molekulare Penetrationsversuche

Mikrofluidik-Chips aus Polydimethylsiloxan (PDMS) erlauben die Untersuchung von Fluiden in strukturierten Mikroumgebungen. Wir untersuchen mit Hilfe dieser Technologie diffusive Prozesse an komplexen biologischen Barrieren wie z.B. der Grenzfläche zwischen Flüssigkeiten und Hydrogelen. In Kollaboration mit Medizinern und Physikern vergleichen wir dann die Ergebnisse aus unseren „gel-on-chip“-Versuchen mit in vivo Experimenten und theoretischen Modellen.

Literatur:
M. Marczynski, C. Rickert, S. Semerdzhiev, W. van Dijk, I. Segers-Nolten, M.M.A.E. Claessens, and O. Lieleg, α-Synuclein penetrates mucin hydrogels despite its mucoadhesive properties, Biomacromolecules, DOI:  10.1021/acs.biomac.9b00905 (2019)

M. Marczynski, B.T. Käsdorf, B. Altaner, A. Wenzler, U. Gerland, and O. Lieleg, Transient binding promotes molecule penetration into mucin hydrogels by enhancing molecular partitioning, Biomaterials Science. 6, 3373 - 3387 (2018)

F. Arends, S. Sellner, Ph. Seifert, U. Gerland, M. Rehberg, and O. Lieleg, A microfluidics approach to study the accumulation of molecules at basal lamina interfaces, Lab on a Chip, 15: 3326 – 3334 (2015)

Bakterielle Biofilme

Bakterien umgeben sich mit einer schützenden Matrix aus Biopolymeren. Diese Gemeinschaft aus Biopolymeren und eingebetteten Bakterien nennt man Biofilme. Bakterielle Biofilme können sich auf einer Vielzahl von Oberflächen bilden und stellen ein großes Problem in der Industrie und in der Medizin dar. Wir versuchen, die mechanischen und wasserabweisenden Eigenschaften von bakteriellen Biofilmen zu vermessen und den Einfluss verschiedener chemischer Milieus auf diese Materialeigenschaften zu quantifizieren. Dadurch hoffen wir, neue Ansatzpunkte für die Entfernung von Biofilmen von Oberflächen zu finden.

Literatur:
C. Falcón García, M. Kretschmer, C. Lozano-Andrade, M. Schönleitner, A. Dragoš, Á.T. Kovács, and O. Lieleg. Metal ions weaken the hydrophobicity and antibiotic resistance of Bacillus subtilis NCIB 3610 biofilms, NPJ Biofilms and Microbiomes, DOI : 10.1038/s41522-019-0111-8 (2019)

E. N. Hayta and O. Lieleg, Biopolymer-enriched B. subtilis NCIB biofilms exhibit increased erosion resistance, Biomaterials Science, 7, 4675 - 4686 (2019)

C. Falcon Garcia, F. Stangl, A. Götz, W. Zhao, S. Sieber, M. Opitz, and O. Lieleg, Topographical alterations render bacterial biofilms susceptible to chemical and mechanical stress, Biomaterials Science. 7, 220 – 232 (2019)

Sonderforschungsbereich SFB 863