Biomarker sind messbare biologische Parameter, die physiologische oder pathologische Zustände, Expositionen oder therapeutische Reaktionen anzeigen. Im Kontext von Werkstoffen sind sie zentral für das Verständnis der Biointeraktion von Implantat‑, Sensor‑ und Trägermaterialien mit Zellen und Geweben.

Biomarker lassen sich nach ihrer Funktion klassifizieren: diagnostische Biomarker kennzeichnen das Vorliegen einer Erkrankung, prognostische Biomarker sagen deren Verlauf voraus, und prädiktive Biomarker informieren über das zu erwartende Ansprechen auf eine Therapie. Krebsbiomarker (z. B. mutierte Onkogene, Oberflächenproteine oder zirkulierende Tumor-DNA) und spezifische Metastase‑Biomarker (Marker der Zellmigration, Invasivität oder Organotropie) sind besonders relevant für materialbasierte Diagnostik‑ und Therapiesysteme.

Für die Werkstoffforschung sind Biomarker in zweierlei Hinsicht wichtig: Erstens dienen sie als Zielstrukturen für funktionalisierte Oberflächen (z. B. Antikörper‑, Aptamer‑ oder Peptid‑Modifikationen), die eine selektive Erkennung krankheitsassoziierter Zellen oder Moleküle ermöglichen. Zweitens werden sie als Auslesegrößen in biosensitiven Materialien genutzt, etwa in mikro‑ und nanoskaligen Sensorplattformen, Lab‑on‑a‑Chip‑Systemen oder bildgebenden Kontrastmaterialien.

Zentrale Herausforderungen betreffen Sensitivität, Spezifität und Stabilität der biomarkerbasierten Detektion in komplexen biologischen Matrizes. Für die materialspezifische Entwicklung bedeutet dies, Oberflächenchemie, Porenstruktur, mechanische Eigenschaften und Degradationsverhalten so zu gestalten, dass Biomarker unverzerrt erfasst und quantitative, reproduzierbare Messungen ermöglicht werden.