Bio- und Medizintechnik

Anwendungsbereiche

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3D-Visualisierung eines Zahns mittels Optischer Kohärenztomographie.

Implantatkeramiken

 

Die Forschenden am Fraunhofer IKTS entwickeln Aufbereitungs- und Formgebungstechnologien für oxidkeramische Werkstoffe und Siliciumnitrid für dentale und orthopädische Anwendungen. Alle Entwicklungen können durch Prototypen oder eine gezielte Skalierung in den industriellen Maßstab verwertet werden.

Ein Schwerpunkt bei dentalen und orthopädischen Implantaten aus Oxidkeramik liegt auf neuen Konzepten und Technologien zur Strukturierung der Keramikoberfläche im Formgebungsprozess, so dass eine Nachbearbeitung der gesinterten Keramik nicht mehr notwendig ist. Für anatomische dentale Restaurationen steht eine spezielle TZ3Y-Keramik zur Verfügung, die eine erhöhte Transluzenz und Verschleißbeständigkeit und keine hydrothermale Alterung aufweist. Um die ästhetischen Anforderungen an Kronen bzw. Brückengerüste zu erfüllen, werden die dentalen Restaurationen mit einem Lithiumsilicat-Spray beschichtet, das mit dem TZ3Y-Gerüst einen sehr intensiven Haftverbund bildet.

Die Herstellung feinkörniger Dispersionskeramiken (ATZ, ZTA) gehört ebenfalls zum Leistungsangebot. Der IKTS-Standort in Hermsdorf ist zertifiziert nach ISO:2016 13485 für die Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet der oxidkeramischen Werkstoffe und Komponenten, Werkstoffverbünde und Herstellung von Halbfabrikaten für die Anwendung in der Medizintechnik.

Gefriergeschäumte Daumenknochenreplikate.
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Gefriergeschäumte Daumenknochenreplikate.

Knochenersatz

 

Der menschliche Knochen besteht aus zahlreichen Makro-, Meso- und Mikroporen mit einem Durchmesser von 100 bis 700 μm. Diese Porosität ist besonders wichtig für die Stabilität und das Einwachsen von Zellen in den Knochen. Die Forschenden am Fraunhofer IKTS erzeugen mit unterschiedlichen Replika- und Platzhaltertechniken sowie Direktschäumverfahren Knochenersatzmaterialien mit definierten Porositäten. Eine unikale Art des Direktschäumens ist das sogenannte Gefrierschäumen. Es wird benutzt, um potenzielles Knochenersatzmaterial aus körperverwandten Materialien wie Hydroxylapatit- oder Tricalciumpulver [Ca5(PO4)3(OH), Ca2(PO4)3] herzustellen und damit auch den Abbau des künstlichen und den Wiederaufbau körpereigenen Materials zu erlauben. Bioinerte Materialien wie Al2O3 oder ZrO2 sind auch für den Einsatz in langzeitstabilen Implantaten denkbar. Das Fraunhofer IKTS evaluiert und nutzt neue Verfahrensansätze wie die Additive Fertigung, um patientenspezifische biomimetische Knochenstrukturen zu schaffen.
 

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Beschichtete Zangenspitzen.

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 für funktionalisierte chirurgische Instrumente sowie verschiedenste Komponenten der Medizintechnik: hochpräzise keramische Schneidmaterialien und Instrumente, die in einem Arbeitsschritt abklemmen und veröden, oder keramische Federn für Röntgengeräte. Keramische Werkstoffe beginnen ihre Vorteile dort auszuspielen, wo die Möglichkeiten anderer Materialien enden.

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Osteoblasten auf Siliciumnitrid (Actin/Vinculin/DAPI).

Diagnose- / Therapiesysteme und Charakterisierung

 

Verlässliche Standards (Standard Operating Procedures, SOPs) sind bei der Entwicklung neuer patientenspezifischer Implantate mit beispielsweise biofunktionalisierter Materialoberfläche unumgänglich. Nur so kann die biologische und immunologische Sicherheit sowie die Funktionalität der Materialien hinsichtlich ihres jeweiligen Einsatzes im Vorfeld beurteilt werden.

Das Fraunhofer IKTS entwickelt innovative In-vitro-Testmethoden sowie standardisierte Prüfsysteme. Neben der biologischen Untersuchung von Keramiken und anderen Implantatmaterialien analog der DIN EN ISO 10993, arbeiten die Forschenden an immunologischen Verträglichkeitstests. Die Übertragung experimenteller Testansätze in kundenspezifische, standardisierte Testverfahren gehört dabei zum Leistungsspektrum.

Zudem entwickeln die Forschenden in enger Zusammenarbeit mit Industriepartnern innovative Analysetechnologien, Sensoren und Geräte, um biomedizinisch relevante Messgrößen zuverlässig und präzise zu erfassen.