Die Anwendung von körperfremden Materialien zur Behandlung verschiedenster Krankheitsbilder, wie zum Beispiel als Zahnersatz oder Knochenstabilisierung, ist seit Jahrtausenden fester Bestandteil in der Medizin. Während damals hauptsächlich stabile Materialien genutzt wurden, die möglichst wenig mit dem menschlichen Körper interagieren, wird heutzutage ein anderer Ansatz verfolgt. Intelligente Materialien können nicht nur passiv die Heilung unterstützen, sondern aktiv zu ihr beitragen. Ein berühmtes Beispiel hierfür ist das Formgedächtnismaterial Nitinol, das in Stents zur Behandlung verengter Arterien eingesetzt wird. Diese Arbeit beschäftigt sich mit Eisen-Palladium, einem neuen Formgedächtnismaterial, bei dem der Effekt nicht wie bei Nitinol über eine Temperaturänderung sondern durch ein äußeres Magnetfeld induziert wird. Da man somit körpertemperaturbedingte Restriktionen in biomedizinischen Anwendungen umgehen kann, birgt Eisen-Palladium ein hohes Potential für Drug-Delivery Systeme oder mikromechanische Pumpen. Da eine optimale Verträglichkeit des Materials mit seiner biologischen Umgebung absolut unabdingbar ist, untersucht diese Arbeit verschiedene Möglichkeiten, die Oberfläche zu modifizieren und somit die Adhäsion biologischer Zellen zu unterstützen. Zu diesem Zweck wurden das Peptid RGD als spezifische Zelladhäsionssequenz, ein Plasmapolymer auf L-Lysin Basis als unspezifische Beschichtung und die Nanostrukturierung der Eisen-Palladium Oberfläche durch Glanzwinkeldeposition untersucht. Die verwendeten Methoden beinhalten Immunofluoreszenztests zur Quantifizierung der fokalen Kontakte zwischen Zellen und Material, theoretische Dichtefunktionaltheorie Rechnungen, sowie Kontraktilitätsmessungen mittels eines selbst entwickelten Biegebalkenaufbaus. Somit gelingt es in dieser Arbeit, die gegenseitigen Beziehungen des Materials mit der jeweiligen Oberflächenmodifikation mit den lebenden Zellen aus verschiedenen Blickwinkeln zu analysieren. Durch eine Kombination aus experimentellen und theoretischen Methoden werden die Stärken und Schwächen der einzelnen Funktionalisierungsmethoden beleuchtet und die Bildung fokaler Kontakte für eine verbesserte Zelladhäsion wird maßgeblich verbessert.

Die Anwendung von körperfremden Materialien zur Behandlung verschiedenster Krankheitsbilder, wie zum Beispiel als Zahnersatz oder Knochenstabilisierung, ist seit Jahrtausenden fester Bestandteil in der Medizin. Während damals hauptsächlich stabile Materialien genutzt wurden, die möglichst wenig mit dem menschlichen Körper interagieren, wird heutzutage ein anderer Ansatz verfolgt. Intelligente Materialien können nicht nur passiv die Heilung unterstützen, sondern aktiv zu ihr beitragen. Ein berühmtes Beispiel hierfür ist das Formgedächtnismaterial Nitinol, das in Stents zur Behandlung verengter Arterien eingesetzt wird. Diese Arbeit beschäftigt sich mit Eisen-Palladium, einem neuen Formgedächtnismaterial, bei dem der Effekt nicht wie bei Nitinol über eine Temperaturänderung sondern durch ein äußeres Magnetfeld induziert wird. Da man somit körpertemperaturbedingte Restriktionen in biomedizinischen Anwendungen umgehen kann, birgt Eisen-Palladium ein hohes Potential für Drug-Delivery Systeme oder mikromechanische Pumpen. Da eine optimale Verträglichkeit des Materials mit seiner biologischen Umgebung absolut unabdingbar ist, untersucht diese Arbeit verschiedene Möglichkeiten, die Oberfläche zu modifizieren und somit die Adhäsion biologischer Zellen zu unterstützen. Zu diesem Zweck wurden das Peptid RGD als spezifische Zelladhäsionssequenz, ein Plasmapolymer auf L-Lysin Basis als unspezifische Beschichtung und die Nanostrukturierung der Eisen-Palladium Oberfläche durch Glanzwinkeldeposition untersucht. Die verwendeten Methoden beinhalten Immunofluoreszenztests zur Quantifizierung der fokalen Kontakte zwischen Zellen und Material, theoretische Dichtefunktionaltheorie Rechnungen, sowie Kontraktilitätsmessungen mittels eines selbst entwickelten Biegebalkenaufbaus. Somit gelingt es in dieser Arbeit, die gegenseitigen Beziehungen des Materials mit der jeweiligen Oberflächenmodifikation mit den lebenden Zellen aus verschiedenen Blickwinkeln zu analysieren. Durch eine Kombination aus experimentellen und theoretischen Methoden werden die Stärken und Schwächen der einzelnen Funktionalisierungsmethoden beleuchtet und die Bildung fokaler Kontakte für eine verbesserte Zelladhäsion wird maßgeblich verbessert.

Eisen-Palladium-Legierungen sind besonders interessante Funktionsmaterialien, die vielfältige physikalische Eigenschaften besitzen, wie z. B. einen thermischen und magnetischen Formgedächtniseffekt sowie pseudoelastisches und pseudoplastisches Verhalten. In der Zusammensetzung Fe7Pd3 weist dieses Materialsystem zudem Biokompatibilität und eine hohe Duktilität auf, weshalb sich diese Legierung als Material für Implantate oder Aktuatoren im medizinischen Bereich eignet. Der magnetfeldinduzierte Formgedächtniseffekt wird in Fe7Pd3 ausschließlich in einer verzwillingten, kubisch-tetragonalen, martensitischen Struktur beobachtet und hängt von der Beweglichkeit der Zwillingsgrenzen im Material und der magnetischen Anisotropieenergie ab. Mit dem Ziel, Informationen über die Entstehung und das Verhalten von Zwillingsstrukturen an der Probenoberfläche und im Probeninneren zu gewinnen, befasst sich diese Arbeit mit den mechanischen Eigenschaften von freistehenden einkristallinartigen Fe7Pd3-Dünnschichten mit 500 nm Dicke. Bei Dehnungsexperimenten kann der spannungsinduzierte martensitische Phasenübergang in freistehenden Fe7Pd3-Dünnschichten in-situ mit Elektronenmikroskopie beobachtet werden. Während der Dehnung der Proben kann bei diesen Messungen außerdem die spannungsinduzierte Bewegung von Zwillingsstrukturen nachgewiesen werden. Die Beweglichkeit der Zwillingsgrenzen in den Proben wird zudem mit einem Aufbau zur Detektion akustischer Emissionen während Nanoindentations-Messungen untersucht. Bei diesen Messungen kann die spannungsinduzierte abrupte Bewegung von Zwillingsgrenzen festgehalten werden. Hierbei zeigt sich, dass diese in polykristallinen Fe7Pd3-Volumenproben unter Spannung in Bewegung versetzt werden, wohingegen dieses Verhalten in freistehenden Dünnschichten nicht nachgewiesen werden kann. Mit Dehnungsexperimenten und Nanoindentations-Messungen wird zusätzlich der Elastizitätsmodul der Proben bestimmt, der stark von der globalen bzw. lokalen Probenmorphologie beeinflusst wird und 2,2-8,3 GPa bzw. 3,5-10,2 GPa beträgt. Des Weiteren wird die mit Stoßwellen induzierte martensitische Umwandlung untersucht, indem die Ergebnissen von Molekulardynamik-Simulationen ausgewertet werden. Hierbei wird festgestellt, dass diese Behandlung, je nach Oberflächenmorphologie der Probe, eine Transformation zu einzelvariantem oder multivariantem Martensit induziert. Um die Qualität der Probenoberflächen zu verbessern, erfolgt zudem eine systematische Untersuchung des verwendeten Herstellungsverfahrens von Fe7Pd3-Dünnschichten.

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