oberflächengebundenen

Oberflächengebundene Systeme bezeichnen Moleküle, Partikel oder Biomoleküle, die fest an eine Oberfläche gekoppelt oder immobilisiert sind. Die Bindung kann kovalent erfolgen, etwa durch Silanisierung und anschließende Carbodiimid-Kupplungen, oder durch nicht-kovalente Interaktionen wie Adsorption, elektrostatische Anziehung oder Biorecognition. Die Immobilisierung kann die Aktivität und Orientierung der gebundenen Spezies beeinflussen und erfordert oft eine sorgfältige Auswahl der Kopplungsmethoden, um aktive Zentren zugänglich zu halten.

Gängige Anwendungsfelder liegen in der immobilisierten Enzymtechnik, der heterogenen Katalyse sowie der Biosensorik. In der Biotechnologie werden Enzyme auf Trägermaterialien fixiert, um Reaktionen wiederverwendbar zu machen. In der Sensorik ermöglichen gebundene Antikörper, Enzyme oder Nukleinsäuren die spezifische Erkennung von Analyten. Weitere Anwendungen finden sich in Lab-on-a-Chip-Systemen, Oberflächenanalytik und der Entwicklung von funktionalen Beschichtungen.

Herstellung und Kopplung erfolgen oft nach Vorbehandlungen der Oberflächen, etwa Silanisierung von Glas oder Silizium, Plasmaaktivierung oder Oberflächenoxidation. Danach können Zielmoleküle durch EDC/NHS-Kupplung an Carboxylgruppen, über Thiol-Gruppen oder durch Click-Chemistry gekuppelt werden. Reversibilität der Bindung variiert je nach System; kovalente Kopplungen sind in der Regel dauerhaft, physikalische Adsorption eher reversibel.

Zu den Vorteilen zählen erhöhte Stabilität, Wiederverwendbarkeit und kontrollierte Oberflächenaktivität. Herausforderungen umfassen potenzielle Aktivitätsverluste durch Orientierung, Diffusionshindernisse und Kosten. Typische Nachweisverfahren umfassen Oberflächenanalytik wie XPS, FTIR, sowie SPR, QCM-D und AFM zur Charakterisierung der Bindung.