Bio- und Medizintechnik

Anwendungsbereiche

Gefriergeschäumte Daumenknochenreplikate.

Gefriergeschäumte Daumenknochenreplikate.

Implantate

 

Am Fraunhofer IKTS werden seit vielen Jahren biokeramische Werkstoffe und funktionale Komponenten für die Implantologie entwickelt und optimiert. Mit Hilfe von Schäumungs- und Abformtechnologien sowie Plasmabeschichtungs- und Sol-Gel-Verfahren können dichte und zelluläre biokeramische Formkörper hergestellt und funktionalisiert werden. Neue Ansätze wie die Additive Fertigung oder die Funktionalisierung mittels sensorischer und aktorischer Systeme sind zentrale Forschungsthemen für eine neue Generation von Implantaten.

Zirkonoxid für dentale Anwendungen.

Zirkonoxid für dentale Anwendungen.

Dentalkeramik

 

Damit dentalkeramische Komponenten durch Ästhetik, Bioverträglichkeit und außergewöhnliche Belastbarkeit überzeugen, forscht das Fraunhofer IKTS an neuartigen Materialien, Komponenten und Herstellungstechnologien. In durchgängigen Prozessketten (CAD/CAM) können oxidkeramische Werkstoffe z. B. zu dentalen Restaurationen verarbeitet werden. Des Weiteren ist es möglich, beim Formgebungsprozess die Oberfläche von Implantaten aus Oxidkeramik gezielt zu strukturieren. Für die Dentalkeramik wurde zusätzlich ein Lithiumsilikat zur Dünnschichtverblendung monolithischer Restaurationen aus Yttrium-stabilisiertem Zirkonoxid entwickelt, welches einen sehr guten Haftverbund liefert, einfach aufzubringen ist und keine Nacharbeit notwendig macht. Ein umfangreiches Set an Charakterisierungsmethoden ermöglicht eine stetige Verbesserung der Eigenschaften auf Werkstoff- und Halbzeugebene. Innerhalb der Vorlaufforschung werden modernste Verfahren wie die Additive Fertigung von Dentalkomponenten untersucht, optimiert und für einen seriellen Einsatz qualifiziert.

Keramisches Multi-Sensor-Array.

Keramisches Multi-Sensor-Array.

Biosensorik und -aktorik

 

Das Wissen darüber, wie biologische Gewebe mit verschiedenen Materialien interagieren, ist entscheidend für die Entwicklung von Implantaten und biofunktionalen Mikrosystemen. Die Kombination biokeramischer Werkstoffe und biophysikalischer Systeme schafft Synergien zwischen Keramik und Mikrosystemtechnik und erlaubt so die Herstellung von diagnostischen und therapeutischen Medizintechnikprodukten.

Eine besondere Kompetenz besitzt das Fraunhofer IKTS in der Entwicklung von Monitoringsystemen zur Untersuchung von zellulären und mikrobiellen Wachstumsprozessen. Darüber hinaus arbeitet das Fraunhofer IKTS an biophysikalischen Aktorsystemen, um das Anwachsen von Geweben auf Implantatoberflächen gezielt zu fördern und das Bakterienwachstum zu hemmen. Neuartige Übertragungssysteme sichern die kabel- und batterielose Energieversorgung von Implantaten.

Keramisch beschichtete Hochfrequenzchirurgie-Zange.

Keramisch beschichtete Hochfrequenzchirurgie-Zange.

Chirurgische Instrumente und Komponenten

 

Keramische Werkstoffe zeichnen sich neben Verschleißfestigkeit, Bioverträglichkeit und chemischer Inertheit auch durch eine gezielte Einstellbarkeit der elektrischen Leitfähigkeit aus. Dies ermöglicht kreative Ansätze bei der Fertigung funktionalisierter chirurgischer Instrumente sowie verschiedenster Komponenten der Medizintechnik. Hochpräzise keramische Schneidmaterialien und Instrumente, die in einem Arbeitsschritt abklemmen und veröden, oder keramische Federn für Röntgengeräte – wo die Möglichkeiten anderer Materialien enden, beginnen keramische Werkstoffe ihre Vorteile auszuspielen. Am Fraunhofer IKTS wird daher permanent an zukunftsweisenden Anwendungen für Komponenten und Geräte der Medizintechnik geforscht, um Keramik zum Nutzen des Menschen einzubringen.

3D-Visualisierung eines Zahns mittels optischer Kohärenztomographie.

3D-Visualisierung eines Zahns mittels optischer Kohärenztomographie.

Analytik und Diagnostik

 

Innovative Verfahren der optischen, akustischen und bioelektrischen Analytik eröffnen neue Wege für medizinische Diagnosesysteme der nächsten Generation. Im Mittelpunkt der Forschung am Fraunhofer IKTS stehen Methoden, Komponenten, Verbrauchsmaterialien und Komplettsysteme für die Onkologie, Biomedizin sowie klinische Anwendungen. Optische Methoden stellen einen besonderen Schwerpunkt dar, da Licht schnell, hochsensitiv und berührungslos messen kann. Es ist damit ein ideales Werkzeug, um biologische Prozesse und Defekte direkt auf Zellebene zu messen. Bereits heute können somit zahlreiche medizinische und diagnostische Fragestellungen in der Medizintechnik und im Life-Science-Bereich einfach und kostengünstig beantwortet werden. Gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie IZI wurde dafür das Bio-Nanotechnologie Anwendungslabor (BNAL) gegründet. An der Schnittstelle von Zellbiologie, Medizin, Biotechnologie, Nanotechnologie und Medizintechnik werden Themen von der biologisch-medizinischen Grundlagenforschung über die Verfahrensentwicklung bis hin zur Validierung neuester Technologien und Systemlösungen bearbeitet.