Neuartige Beschichtungen für Medizinfläschchen aus Glas
Grenzflächen übernehmen in Hinsicht auf Funktionalität und Leistungsvermögen eine wichtige Aufgabe. Die Funktionalität wird jedoch beeinflusst, wenn mit proteinbasierte Medikamente an Grenzflächen haften. Eine weitere unerwünschte Konsequenz, welche die Leistung beeinträchtigt, ist die Kohäsion an den Grenzflächen zwischen den Glasphasen oder zwischen dem Glas und der Umgebung, was besondere technische Herausforderungen bedeutet. Das EU-finanzierte Projekt "Adhesion and cohesion at interfaces in high performance glassy systems" (ADGLASS)(öffnet in neuem Fenster) entwickelte deshalb neuartige Beschichtungstechnologien, welche die Kräfte an den Grenzflächen zu den Glasmaterialien modifizieren, um unerwünschte Effekte zu verhindern. Die Arbeit wurde durch die Weiterentwicklung eines aktuellen atomistischen Modellierungsverfahrens stark unterstützt. Es integriert mehrere Größenordnungen der Zeit und des Raums, um quantenbezogene und klassische mechanische Beschreibungen zu überbrücken. Die Wissenschaftler erweiterten die Modellierungstechnik und entwickelten klassischen Beschreibungen potenzieller Energien und Kraftfelder. Sie entwickelten im Folgenden quantenorientierte, quantenbezogene/klassische und rein klassische atomistische Simulationen der Proteinadsorption an den Grenzflächen zwischen Oxiden (Siliziumdioxid (SiO2) und Titandioxid (TiO2)) und Wasser. Ähnliche Beschreibungen entwickelte man, um die mechanischen und chemisch-mechanischen Eigenschaften von glasartigen Dünnschichtgrenzflächen im Zusammenhang mit der Rissausbreitung zu simulieren. Experimentelle Arbeiten ergänzten die Modellierung beider Anwendungen. In Folge des theoretischen und experimentellen Fortschritt erzeugte und erprobte das Team eine PEG-ähnliche (Polyethylenglykol) Antihaftplasmabeschichtung für Glasfläschchen für pharmazeutische Anwendungen. Die PEG-ähnliche Beschichtung zeigte im Vergleich zu sämtlichen Referenzfläschchen eine signifikant geringere Adsorption. Die Optimierung des Ganzen erbrachte eine mehr als zwanzigfache Reduzierung der Fibrinogenadsorption. Mit in eine TiO2-Phase als Bindemittel eingebetteten SiO2-Nanopartikeln konnte eine einschichtige Beschichtung für Glasplatten mit sowohl reflexions- als auch fleckenmindernden (selbstreinigenden) Eigenschaften erzeugt werden. Obwohl der Anwendungsbereich des Projekts nicht die Entwicklung einer Formulierung gestattete, die gleichzeitig beide Effekte optimiert, weist doch die Arbeit in eine für die zukünftige Forschung wichtige Richtung. Die neue atomistische ADGLASS-Simulationstechnik mit einer bislang noch nie erreichten Flexibilität der Modellsystemgröße und einer ausgezeichneten Simulationsgenauigkeit wird zweifellos zu einem neuem Standard der quantenbasierten Modellierung von Materialien werden. Die Projektergebnisse, im Besonderen die Antihaftbeschichtungen für pharmazeutische Glasflaschen und die Entwicklungen für PV-Anwendungen, werden großen Einfluss auf den Gesundheits- und Sonnenenergiesektor ausüben.
