Arbeitsgruppe Prof. Ziegler

Bauteiloberflächen: Morpholgie auf der Mikroskala (MICOS)

Die Oberfläche eines Bauteils hat entscheidenden Einfluss auf seine Funktion und Lebensdauer. Der SFB 926 erarbeitet in einer interdisziplinären Kooperation zwischen Maschinenbau, Verfahrenstechnik und Oberflächenphysik wissenschaftliche Grundlagen der Erzeugung, Charakterisierung und Anwendung funktionsspezifischer Bauteiloberflächen. Dabei erfolgt eine Fokussierung auf mikroskalige Prozesse und Verfahren. Die zentrale Rolle im SFB 926 spielt die Morphologie der Bauteiloberfläche. Sie ist definiert durch die geometrische Gestalt (Topografie), ihren mikrostrukturellen Aufbau sowie ihre physikalisch-chemischen Eigenschaften. Ein wesentliches Ziel des SFB 926 ist es, Oberflächenerzeugungs-Morphologie-Eigenschafts Beziehungen (OMEB) zu erforschen, die es erlauben, vom Herstellverfahren und seinen Prozessparametern direkt auf das Einsatzverhalten eines Bauteils zu schließen. Umgekehrt erlaubt es die Kenntnis der OMEB, aus funktionellen Anforderungen an ein Bauteil, ein optimales Bauteildesign abzuleiten.

Der SFB 926 gliedert sich methodisch in die Projektbereiche: Modellierung und Simulation (A), Erzeugung und experimentelle Charakterisierung (B), Anwendungen (C). Diese werden jeweils thematisch in den Querschnittsgruppen: Spanende Mikrostrukturierung von Bauteiloberflächen, Partikel an Bauteiloberflächen, Phasenumwandlungen an Bauteiloberflächen abgebildet. Es werden OMEB erforscht, die neue industrielle Anwendungen ermöglichen und bestehende besser beherrschbar machen. Damit wird eine wissenschaftliche Fragestellung adressiert, deren erfolgreiche Bearbeitung in der Industrie wesentliche Impulse setzen und so ein erhebliches volkswirtschaftliches Potenzial erschließen kann.

Teilprojekt B06:Haftung von Bakterienzellen und Biomolekülen auf mikrostrukturierten Bauteiloberflächen
Technik:Der Einfluss der fertigungs- und verfahrenstechnischen Mikrostrukturierung von Bauteiloberflächen auf die Anhaftung einzelner Bakterienzellen wird mit oberflächenanalytischen Methoden in-situ im Nährmedium untersucht. Als Bakterien werden adhärente, biotechnologisch relevante Spezies gewählt. Ziel ist es, Korrelationen zwischen den Haftkräften und der Mikrostruktur/Zell-Kombination einerseits sowie den Oberflächeneigenschaften wie Benetzbarkeit, isoelektrischer Punkt, Rauheit und chemischer Homogenität andererseits zu ermitteln.
Ansprechpartner:Prof. Christiane Ziegler
Dr. Christine Müller

 

 

Bacterial interaction with component surfaces

The common biotechnological method to produce pharmaceutical products is to cultivate bacteria in suspension in a bioreactor. The use of a biofilm reactor could enhance the product spectrum as well as the process efficiency. In the case of a biofilm reactor, a strong connection between the bacteria and the bioreactor wall or specifically introduced solid substrates is recommended. Normal adhesion forces and lateral shear forces (in case of the here studied flow reactors) compose these forces, which act on the cells during the biofilm cultivation. Thus, a strong and irreversible attachment of bacteria to the surface is the prerequisite of the initial stage of productive biofilm formation. An idea to enhance the connection between bacteria and substrate is to modify the latter by microstructured surfaces.

Scanning force microscopy/spectroscopy (SFM/SFS), single cell force spectroscopy (SCFS) and lateral force microscopy (LFM) are utilized to quantify lateral and vertical single cell adhesion forces of gram-negative and gram-positive bacteria. In addition, the nanomechanical properties of the cells, such as their elasticity or turgor pressure, are determined after the adsorption process. The combination of the results leads to a correlation of the surface morphology with the bacteria wall interaction. This work is performed within the CRC 926 "Microscale Morphology of Component Surfaces".

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