Biomaterialien

Unsere Arbeitsgruppe widmet sich der Erforschung und Entwicklung von biobasierten und hybriden Materialien, die insbesondere auf die Wundbehandlung, das Tissue Engineering sowie die Entwicklung artifizieller Gewebe und Organe ausgelegt sind.

Ein wesentlicher Fokus liegt auf der Herstellung anwendungsoptimierter Biomaterialien durch den Einsatz modernster Fertigungstechnologien. Hierbei verwenden wir Verfahren wie uni- und coaxiales Elektrospinnen, Lyophilisation und 3D-Bioprinting. Diese innovativen Techniken ermöglichen die Verarbeitung von Proteinen, Peptiden, Polysacchariden und biokompatiblen Polymeren zu Nano- und Mikrofaservliesen, Schaumstoffen, Hydrogelen und Biotinten sowie zu zellbesiedelten und azellulären künstlichen Geweben und Organmodellen. Durch die Kombination verschiedener Materialien, Methoden und Herstellungsverfahren sowie den Einsatz chemischer oder enzymatischer Vernetzungsmethoden schaffen wir ein breites Spektrum zur mikrostrukturellen, biochemischen, physikochemischen und mechanischen Optimierung von Biomaterialien.

Unser Ziel ist es, umweltfreundliche und leistungsstarke Lösungen zu entwickeln, die nicht nur den aktuellen Anforderungen der medizinischen Forschung gerecht werden, sondern auch die Grundlage für zukünftige Anwendungen in der regenerativen Medizin bilden.

Biologische Nanofaservliese durch Elektrospinnen

  • Herstellung mittels uni- und koaxialem Elektrospinning (skalierbarer Herstellungsprozess, Materialvielfalt)
  • Wirkstofftragende Vliesmaterialien (auch Hohlfaser) oder Oberflächen-funktionalisierung/Vliesbeschichtung bestehender Materialien
  • Nachahmung nativer ECM durch Verwendung proteinbasierter Biomaterialien

Proteinbasierte Schäume

  • Herstellung durch Lyophilisation von Hydrogelen
  • Gezielte Porengröße und Interkonnektivität zur verbesserten Zellanhaftung in vitro und Förderung der Integration von Wundgewebe
  • Effektive Matrizen für die 3D-Zellkultur
  • Gezielte Anpassung der mechanischen und biologischen Stabilität durch Vernetzung und Mischen mit synthetischen oder natürlichen Polymeren

3D-Bioprinting

  • Entwicklung biologischer Biotinten mit gewünschter mechanischer Festigkeit, Flexibilität, Thermosensitivität und Biokompatibilität
  • Verarbeitung mittels 3D-Biodrucker, präzise Kontrolle über Geometrie und Mikrostruktur des Druckprodukts, z.B. zur Erstellung komplexer Gefäßnetzwerke

Die Entwicklung protein- und polymer-basierter Biomaterialien eröffnet attraktive Anwendungsmöglichkeiten in der Medizintechnik, etwa in biokompatiblen Implantaten, für die Wundheilung, als Füllmaterialien für Zahnersatz, als orthopädische Hilfsmittel oder zur Verwendung als Trägersysteme für die gezielte Abgabe von Medikamenten. Auch für Kosmetik, Verpackungen oder die Lebensmittelindustrie ergeben sich große Potenziale. Die zielgerichtete Entwicklung erfordert ein umfassendes Materialverständnis, ebenso wie die Überprüfung der Funktionalität und Sicherheit der eingesetzten Werkstoffe, Komposite und Beschichtungen.

Entwicklung anwendungsorientierter protein- und polymer-basierter Biomaterialien und Komposite

Die folgenden Technologien ermöglichen die Verarbeitung von Proteinen, Peptiden, Polysacchariden und biokompatiblen Polymeren zu zahlreichen Halbzeugen wie z.B. Nano- und Mikrofaservliesen, Schaumstoffen, Hydrogelen, Biotinten sowie zellbesiedelten und azellulären künstlichen Geweben und Organen.

  • Uni- und koaxiales Elektrospinnen
    • Im Labormaßstab (Bioinicia Fluidnatek LE-50)
    • Im Pilotmaßstab (Elmarco NS1S500U mit Nanospider™-Technologie)
  • Lyophilisation von Hydrogelen zur Herstellung von Schäumen
  • Entwicklung von Biotinten und Verarbeitung mittels 3D-Bioprinting (CELLINK Bio X™)

 

Entwicklung biofunktionaler Beschichtungen, z.B. antimikrobielle Oberflächen

Ein zentraler Aspekt unserer Forschung ist die Betrachtung der Grenzflächen und Wechselwirkungen zwischen unseren Materialien und lebendem Gewebe sowie Zellen. Mit anwendungsorientierten biologischen/biomimetischen Oberflächenfunktionalisierungen und Beschichtungen können diese Wechselwirkungen beeinflusst werden, z.B. durch gezielte Einstellung gewünschter Eigenschaften wie Hydrophilie/Hydrophobizität oder elektrostatischer Eigenschaften.

  • Biobasierte Beschichtungen durch Elektrospinnen, Dipcoating, Spincoating oder Rakel
  • Verschiedene plasmabasierte Verfahren im Atmosphären- oder Niederdruck

Unsere Kompetenz im Materialdesign wird durch umfassende abbildende, mechanische, biologische, physikalisch-chemische und individuell anwendungsorientierte Prüfmethoden ergänzt.