Ansprechpartner:
Christian Polley M.Sc.
Justus-von-Liebig Weg 6
18059 Rostock
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Raum: UT17
Lageplan
Biomaterialentwicklung und Biofabrikation
Die Additive Fertigung ermöglicht die Herstellung von Bauteilen aus reinen Polymere, Metallen oder Keramiken. Je nach Anforderung an das Bauteil und Material werden unterschiedliche Additive Fertigungsverfahren genutzt. Jedes Verfahren benötigt ein speziell aufbereitetes Material, welches entweder bestellt oder selbst hergestellt wird. Beispielsweise benötigen pulverbettbasierte 3D-Drucker ein Pulver mit einer definierten Partikelform und Partikelgrößenverteilung. Additive Fertigungsverfahren nach dem Photopolymerisationsprinzip benötigen ein Photopolymer mit einer bestimmten Viskosität und einer zeitlich definierten Aushärtekinetik bei geringer Streuung. Es wird ersichtlich, dass je nach Verfahren verschiedene Materialparameter dem Verfahren angepasst werden müssen, um ein möglichst genaues und stabiles Druckerzeugnis zu erhalten.
Am Lehrstuhl werden eigene Materialsysteme für verschiedene 3D-Drucker entwickelt. Dafür stehen den Mitarbeiternden und Studierenden eine Vielzahl an Bearbeitungs- und Analysegeräten zur Verfügung. Sollen Pulver vermahlen und analysiert werden, kann die Kugelmühle zur Verkleinerung der Partikelgröße und das Partikelanalysegerät zur Bestimmung der Partikelform- und größe genutzt werden. Mit dem Rotationsrheometer und dem UV-Modul können photopolymerisierende Flüssigkeiten und Suspensionen analysiert bzw. entwickelt werden. Dafür stehen Rotationsplatten aus Glas zur Verfügung, in die von unten mit einer Lichtquelle mit definierter Wellenlänge und Intensität durchleuchtet werden und somit das Photopolymer zur Reaktion anregen. Die Reaktionskinet wird mit Hilfe einer oszillierenden Bewegung der beiden Rotationsplatten aufgezeichnet.
Aktuelle Forschungsprojekte
Entwicklung eines Materialsystems und 3D-Druckprozesses für magnesiumverstärkte Zirkonoxid-Keramiken für Dentalanwendungen
Das ZIM-Projekt konzentriert sich auf die Entwicklung hochauflösender zweiteiliger Dentalimplantate aus magnesiumoxidstabilisiertem Zirkonoxid (MgO-ZrO₂) mittels lithografiebasierter keramischer Fertigung (LCM).
Die Technologie ermöglicht die Herstellung dichter, hochfester keramischer Bauteile mit komplexen Geometrien und hoher Auflösung.
Eine schraubenlose Verbindung zwischen Implantatkörper und Abutment soll das Problem der Schraubenlockerung vermeiden.
Gleichzeitig soll die hohe Bruchzähigkeit von MgO-ZrO₂ zu einer verbesserten Stabilität und Langlebigkeit der Implantate beitragen.
Das Projekt umfasst die Entwicklung geeigneter keramischer Suspensionen, die Optimierung des LCM-Prozesses sowie die anschließende thermische Behandlung zur Herstellung hochauflösender und mechanisch zuverlässiger Implantatstrukturen.
Bearbeiterin: Yasamin Pesaran Afsharian, M.Sc
Projektlaufzeit: 01/2026-06/2028
Gefördert durch: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE)
Partner: Dentallabor Moss GmbH, Hamburg
Piezoelektrische Materialien für multifunktionale Knochen- und Knorpelimplantate
Die Untersuchungen in diesem Teilprojekt (B01) des SFB Elaine konzentrieren sich auf die Herstellung elektrisch aktiver Implantate für die Knochen- und Knorpelregeneration mittels additiver Fertigungstechnologie. Die Implantate für den Knochenersatz werden in speziellen Verfahren für die unterschiedlichen Verwendungszwecke hergestellt. Für den lasttragenden Bereich, bspw. Hüftendoprothesen, sind Implantate aus einer biokompatiblen Titanlegierung vorgesehen, welche gezielt Strukturen für ein verbessertes mechanisches Verhalten und das Einwachsen des Knochens tragen. Darüber hinaus werden die Implantate mit einem neuartigen leitfähigen Polymer mit inkorporierten Bioglass© Partikeln beschichtet, umso die elektrische Aktivität am Implantat-Knochen-Interface zu erhöhen. Für den nicht lasttragenden Bereich werden Implantate aus Bariumtitanat und Bioglass© entwickelt. Diese sollen durch Ausnutzung des piezoelektrischen Effektes das natürliche Knochenwachstum fördern und so das Einwachsen der Implantate verbessern. Für die Knorpelregeneration werden neuartige mit elektrisch leitfähigem Polymer inkorporierte Hydrogel-Scaffolds additiv gefertigt und mit Zellen besiedelt. Dieser Verfahrensschritt wird vom engen Kooperationspartner, dem Lehrstuhl Biomaterialien der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, durchgeführt. Darüber hinaus bringt die Arbeitsgruppe aus Erlangen erhebliche Expertise im Umgang mit Bioglass© Partikeln in das Projekt ein. Die in B01 gefertigten Scaffolds stellen die Basis für die Arbeiten weiterer Arbeitsgruppen innerhalb des Forschungsverbundes ELAINE dar.
Bearbeiter:Phillip Barkow, M.Sc
Projektlaufzeit: 07/2017 - 12/2025
Bitte beachten Sie: Sobald Sie sich das Video ansehen, werden Informationen darüber an Youtube/Google übermittelt. Weitere Informationen dazu finden Sie unter Google Privacy.
gefördert durch die:
in Zusammenarbeit mit:
Universität Rostock: IEF, MSF, UMR
EMAU Greifswald
Universität Leipzig
Universität Nürnberg-Erlangen
Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Techologie e.V.
Elektrische und mechanische Stimulation von Knorpel
Ziel des Teilprojektes C02 des SFB ELAINE ist die Untersuchung des Einflusses von elektrischer Stimulation auf die chondrogene Differenzierung von menschlichen Knorpelzellen und mesenchymalen Stammzellen. Dieses Teilprojekt wird in Zusammenarbeit mit dem Forschungslabor für Biomechanik und Implantattechnologie der Universitätsmedizin Rostock durchgeführt. Die auf der Basis des Teilprojektes B01 (Arbeitsgruppe von Prof. Dr.-Ing. Hermann Seitz) entwickelten Scaffolds werden auf ihre rheologischen sowie tribologischen Eigenschaften analysiert und zum nativen humanen Gewebe verglichen.
Des Weiteren wird der Prototyp einer Elektrode zur elektrischen Stimulation menschlicher Knorpelzellen sowie mesenchymaler Stammzellen aus der zweiten Förderperiode für die Anwendung am Menschen angepasst. Die Erzeugung eines elektrischen Feldes soll die biophysikalische Stimulation von Chondrozyten nachahmen und damit chondrogene Differenzierung induzieren. Die Anwendung des Stimulations -Devices soll gezielt im Gelenkknorpel mithilfe einer software-definierten implantierbaren Plattform STELLA+ (Teilprojekt B03, Arbeitsgruppe von Prof. Dr.-Ing. Dirk Timmermann) stattfinden. Das Stimulations-Device wird zusammen mit einem biphasischen osteochondralen Scaffold (aus B01) in einem humanen ex vivo Modell implantiert, um die Verteilung des elektrischen Feldes zu untersuchen. Zudem werden in Zusammenarbeit mit den Teilprojekten A02 (Arbeitsgruppe von Prof. Dr.-Ing. Simon Adrian) und S01 (Arbeitsgruppe von Prof. Dr. rer. nat. habil. Ursula van Rienen) Validierungsuntersuchungen zum elektrischen Feld durchgeführt.
Bearbeiterinnen:Carla Maximiliane Niendorf, M.Sc
Projektlaufzeit: 07/2017 - 06/2029
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gefördert durch die:
in Zusammenarbeit mit:
Universität Rostock: IEF, MSF, UMR
EMAU Greifswald
Universität Leipzig
Universität Nürnberg-Erlangen
Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Techologie e.V.
Abgeschlossene Forschungsprojekte
Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines additiv gefertigten Kieferimplantats mit zeitgesteuerter Freisetzung von Wirkstoffen zur Unterstützung des Heilungsprozesses und der Osteogenese des Kieferknochens.
Das Implantat wird mittels eines hybriden 3D-Druckverfahrens hergestellt. Ein entsprechender Wirkstoff wird in das Polymerimplantat eingebracht, um die Einheilung des Implantats und die Knochenbildung zu unterstützen. Dieser wird während des Druckvorgangs in spezielle Wirkstoffdepots im Implantat eingebracht und anschließend über einen kontrollierten Zeitraum durch Diffusion im Gewebe freigesetzt.
In Zusammenarbeit mit den Projektpartnern wird das Modell eines Kieferimplantats erstellt und mit neuartigen Photopolymeren gedruckt sowie mit den Wirkstoffdepots in entsprechend definierter Größe und Position versehen. Zu diesem Zweck wird eine kombinierte Mikrostereolithografie-Anlage entsprechend eingerichtet.
Das beschriebene Polymerimplantat soll die Nebenwirkungen herkömmlicher Kieferimplantate aus Titan deutlich reduzieren. Um dies zu erreichen, werden mechanische Eigenschaften angestrebt, die denen des natürlichen Kieferknochens so ähnlich wie möglich sind. Die Osteosynthese soll durch eine geeignete Oberflächengestaltung und die gezielte Freisetzung des eingebauten Wirkstoffs gefördert werden.
Bearbeiter: Ahmed Sannan M.Sc.
Gefördert durch: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)
Dauer: 09/2021 – 02/2024
Partner:
- M.C. Medizintechnik-Export GmbH & Co. KG,
- MEGADENTA Dentalprodukte GmbH,
- Institut für Biomedizinische Technik der Universitätsmedizin Rostock
ZUKUNFT - Zellträger zur Unterstützung kultivierter, neuer Fleischtechnologie
„Entwicklung ökonomisch und ökologisch nachhaltiger Zellträger für zellbasierte Fleischprodukte”
Im Kooperationsprojekt entwickelt die Innocent Meat GmbH in Partnerschaft mit dem Lehrstuhl für Mikrofluidik einen elementaren Baustein auf dem Weg zu nachhaltigen, industriell hergestellten, zellbasierten Fleischprodukten für die Bioökonomie.
Scaffolds, auch Zellträger oder Mikroträger genannt, sind künstlich erstellte gerüstartige Strukturen auf denen adhärente Zellen in vitro kultiviert werden können. Um im späteren Verlauf einen skalierbaren Prozess entwickeln zu können, müssen die Zellen in vollautomatisierten Bioprozessen einsetzbar sein. Dafür werden Scaffolds benötigt, welche genügend Oberfläche für die Erzeugung großer Zellmassen bereitstellen und in Bioreaktorsystemen eingesetzt werden können. Ebenfalls müssen die Scaffolds aus einem Material bestehen, welches bedenkenlos vom Konsumenten verzehrt werden kann.
Im Projekt werden unterschiedliche Verfahren und Materialien zur Herstellung von kosteneffizienten, skalierbaren und biologisch abbaubaren Scaffolds untersucht und für die fortlaufende Entwicklung in der Bioökonomie bewertet. Ziel ist es, zwei Funktionsmuster von Scaffolds mittels Kryogelierung und Electrospinning herzustellen.
Bearbeiter: Tim Dreier M.Sc.
Projektlaufzeit: 09/2022 - 08/2024
Gefördert: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
Verbundpartner: Innocent Meat GmbH
Ziel des Forschungsprojektes ist die Entwicklung von Drug-Delivery-Systemen (DDS) mit zeitlich steuerbarer Wirkstofffreisetzung. Diese sollen das implantatbasierte, lokale Verabreichen von Wirkstoffen und Wirkstoffkombinationen mit konkreten vorgegebenen Freisetzungsmechanismen ermöglichen. Zur Herstellung dieser DDS bedarf es eines neuen 3D –Druckverfahrens, welches aus der Kombination aus Mikrostereolithographie und Inkjet-Technologie hervorgehen wird. Mit diesem Verfahren soll der Grundkörper eines Implantates über die stereolithographische Vernetzung erzeugt und im selben Prozess die Wirkstoffbeladung über Inkjet-Module erfolgen. Die entstandenen Drugdepots ermöglichen eine gesteuerte und vorhersagbare Wirkstofffreisetzung, da Eigenschaften, wie die Wirkstoffkonzentration, während des Prozesses angepasst werden können.
Die Bearbeitung des Projektes erfolgt in Zusammenarbeit mit dem Institut für Biomedizinische Technik der Universität Rostock.
Bearbeiter: M.Sc. Jan Konasch
Projektlaufzeit: 01.09.2017 - 31.08.2019
RESPONSE: 3D-Druck funktionalisierter (Bio)-Materialien
Im Forschungsnetzwerk „RESPONSE – Partnerschaft für Innovation in der Implantattechnologie“ beschäftigt sich der Lehrstuhl für Mikrofluidik neben der Entwicklung individualisierter Implantate für die Hals-Nasen-Ohren-Heilkunde* auch mit der Prozess- und Materialentwicklung von funktionalisierten (smarten) (Bio-)Materialien für die unterschiedlichen 3D-Druck-Technologien Composite Extrusion Modeling (CEM) und Digital Light Processing (DLP). Im Fall des CEM-Verfahren soll die Verarbeitung biodegradierbarer Metallmatrix-Verbundwerkstoffe (BMMC) untersucht werden. In Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Werkstofftechnik der Universität Rostock stehen die Materialeigenschaften im Fokus, die sich aus der Wechselwirkung von metallischen und polymeren Materialien ergeben, wie beispielsweise eine Einstellung der Degradationseigenschaften oder des Kristallinitätsgrades des Polymers. Bei der Anwendung des DLP-Verfahrens stehen partikelbeladene und stimuliresponsive Polymere im Schwerpunkt. Beispielsweise wird untersucht, wie sich durch die Einbringung von keramischen Partikeln das elektrostimulative Verhalten von Photopolymeren, z.B. piezoelektrische Eigenschaften, beeinflussen lässt (Abbildung 1 und 2). Des Weiteren ist es vorgesehen, thermoresponsive Materialien im Prozess zu verarbeiten, bei denen eine Thermostimulation geeignet ist, die Wirkstofffreisetzung zu beeinflussen.
Förderung: Gefördert wird RESPONSE von dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Programms „Zwanzig20 – Partnerschaft für Innovationen“.
Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Robert Mau
Forschungsnetzwerk: RESPONSE – Partnerschaft für Innovation in der Implantattechnologie
Ziel des Forschungsprojektes ist die Entwicklung von Drug-Delivery-Systemen (DDS) mit zeitlich steuerbarer Wirkstofffreisetzung. Diese sollen das implantatbasierte, lokale Verabreichen von Wirkstoffen und Wirkstoffkombinationen mit konkreten vorgegebenen Freisetzungsmechanismen ermöglichen. Zur Herstellung dieser DDS bedarf es eines neuen 3D –Druckverfahrens, welches aus der Kombination aus Mikrostereolithographie und Inkjet-Technologie hervorgehen wird. Mit diesem Verfahren soll der Grundkörper eines Implantates über die stereolithographische Vernetzung erzeugt und im selben Prozess die Wirkstoffbeladung über Inkjet-Module erfolgen. Die entstandenen Drugdepots ermöglichen eine gesteuerte und vorhersagbare Wirkstofffreisetzung, da Eigenschaften, wie die Wirkstoffkonzentration, während des Prozesses angepasst werden können.
Die Bearbeitung des Projektes erfolgt in Zusammenarbeit mit dem Institut für Biomedizinische Technik der Universität Rostock.
Bearbeiter: M.Sc. Jan Konasch
Projektlaufzeit: 01.09.2017 - 31.08.2019
Entwicklung einer Inkjet-Technologie zur selektiven Glaslot-Beschichtung von Dentalimplantaten
Ziel dabei ist, Implantate zu entwickeln, die nicht nur eine lange Lebensdauer haben, sondern auch gut in den Knochen einheilen, wenig Komplikationen verursachen und nach Möglichkeit auch bei schwierigen Verhältnissen verwendet werden können. Eine Optimierung kann und wird zukünftig vor allem durch die Modifikation der Oberfläche von dentalen Implantaten erreicht werden können. Aktuelle Implantatoberflächen weisen allerdings eine geometrisch ungerichtete Oberfläche nach dem Zufallsprinzip der Strukturierung auf, die durch Sandstrahlen, Ätzen und/oder Beschichten erzeugt wird. Bislang erfolgt die Beschichtung der Hybrid-Implantate manuell bzw. halb-automatisiert mittels Airbrush-Verfahren. Ein neues Verfahren soll auf Basis der Inkjet-Technologie entwickelt werden, um ein bestehendes Bauteil selektiv mit einer neu entwickelten Glaslotsuspension zu beschichten.
Bearbeiter: Sebastian Eilek M.Sc.; Pedram Azizi M.Sc.
Projektlaufzeit: 01/2019 - 12/2021
Gefördert: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)
Kooperationspartner: Dentallabor Moss GmbH; Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf
