Schnelleinstieg Reader

Home|Suche|Sitemap|Webmail |English

Startseite FSU

Arbeitsbereich: (Bio-)Grenzflächen

(Prof. Klaus D. Jandt, Institut für Materialwissenschaft und Werkstofftechnologie, IMT, FSU Jena)


Im Bereich der Biomaterialien stehen vor allem die Strukturierung und Funktionalisierung von Biointerfaces (Grenzflächen zwischen Materialien und biologischen Systemen) für Anwendungen in der Medizin, Pharmazie und Biotechnologie im Brennpunkt der Forschung. Hierzu werden Biopolymere (z. B. Chitosan, Gelatine, Seiden-Fibroin, Fibrin-Nanofasern) als auch synthetische Polymere und Moleküle verwendet. Mittels der Layer-by-Layer (LBL)-Technologie entstehen so funktionelle Polymer-Metall-Grenzflächen und Systeme, mit einstellbarer Mikro- und Nanostruktur und gezielt einstellbarer Abbaubarkeit. Diese biomimetischen Systeme werden z. B. als Beschichtung von Implantaten eingesetzt. Das Micro Contat Printing (µCP) von Werkstoffoberflächen erlaubt zusätzlich zu der Funktionalisierung von Werkstoffoberflächen, auch deren Mikro- und Nanostrukturierung vom Labor- bis zum industriellen Maßstab. Ink Jet Printing (IJP) Verfahren im IMT bieten die Möglichkeit der Oberflächenfunktionalisierung bis in den Zentimeterbereich. Dreidimensionale Gerüststrukturen für das Tissue Engineering werden im IMT aus biodegradierbaren Polymeren erzeugt und dienen nach einer Funktionalisierung mit Hydroxylapaptit Nanokristallen z. B. als biomimetischer Knochen- und Knorpelersatz. Durch die oben genannten Verfahren lassen sich antimikrobielle Werkstoffe erzeugen, die eine Biofilmbildung behindern. Besondere Kompetenz weist der Lehrstuhl für Materialwissenschaft im Bereich der dentalen Materialien und Hartgeweben auf. Innovative dentale Composite und die Entwicklung erosionsarmer, zahnfreundlicher Lebensmittel basierend auf materialwissenschaftlichen Prinzipien sind Beispiele dafür.

Die Polymerphysik am Lehrstuhl fokussierte sich auf die Nanostrukturbildung von Polymeren unter Nutzung thermodynamischer Triebkräfte. So werden ultra-dünne, semikristalline Homopolymerfilme mit einstellbarer Nanostruktur erzeugt, auf die epitaktisch orientierte Metalle mit niedrigen Schmelzpunkten (z. B. Indium, Zinn, Tellur) oder Proteine aufgebracht werden können. Die Nanostruktur von ultrahochmolekularem Poly(ethylen) UHMWPE wird intensiv am Lehrstuhl untersucht und eingestellt. Phasenseparierte und strukturierte Copolymere wie Poly(styrol)-b-Poly(vinylpryridin) oder Poly(3- hexylthiophen) (P3HT) und [6,6]-Phenyl C61-Butylsäure methylester (PCBM)- Blends sind für das grundlegende Verständnis von Polymeren oder Anwendungen in Polymer-Solarzellen Gegenstand der Forschung. Entwicklung innovativer Lichtpolymerisationstechnologien mit Light Emitting Diodes (LED) oder Mikrowellenverfahren zur Polymerisation von Faserverbundwerkstoffen runden die Kompetenz des Lehrstuhls im Bereich der Polymerphysik und Polymertechnologien ab.

Das am Lehrstuhl für Materialwissenschaft des IMT angesiedelte Innovations- und Gründerlabor für neue Werkstoffe und Verfahren (IGWV), bietet Gründern, die neben Büroräumen auch eine hervorragende instrumentelle Ausstattung und fachliche Unterstützung suchen, volle Entfaltungsmöglichkeiten. Zusätzlich bietet das IGWV Unternehmen die Möglichkeit einer "externen Entwicklungsabteilung im IGWV" und leistet KMU Unterstützung in Werkstofffragen.
An der Professur für Metallische Werkstoffe von Herrn Prof. Dr. Markus Rettenmayr wird die Strukturbildung in metallischen Legierungen und deren Bedeutung für die jeweiligen Eigenschaften des Werkstoffs untersucht. Parallel dazu werden Charakterisierungsmethoden (z. B. Elektronenmikroskopie) für feinste Strukturen und neu beobachtete Effekte entwickelt.

Implantatmaterialien aus Titan-Nickel-Legierungen sind ein aktuelles Beispiel. Diese Legierungen zeichnen sich durch Superelastizität und Formgedächtnis aus, zwei Eigen-schaften, die in modernen Implantatmaterialien zur Anwendung kommen. In der Arbeits-gruppe Metallische Werkstoffe werden zunächst die Eigen¬schaften des massiven Werkstoffs untersucht. Die am Ausgangsmaterial optimal eingestellten Material-eigenschaften können sich bei der Herstellung des Implantats aber wesentlich verändern. Deshalb ist es notwendig, für einen sicheren langfristigen Einsatz geeignete Prozessparameter zu definieren, mit deren Hilfe diese Veränderungen vermieden bzw. in die richtige Richtung gelenkt werden. Genauso wichtig sind bei Nickel-Titan-Legierungen die Oberflächeneigenschaften, da beim Einsatz als Implantat unerwünschte Wechselwirkungen mit Körperflüssigkeiten und -gewebe auftreten können. Die Oberflächeneigenschaften lassen sich in weiten Grenzen durch eine schützende Oxidschicht beeinflussen. Die Stabilität solcher Oxidschichten ist Gegenstand detaillierter Untersuchungen.
Ein weiteres Forschungsthema ist die Optimierung und Charakterisierung von nano-kristallinen Strukturen. Immer feinere Strukturen geben die Möglichkeit, die Materialeigen¬schaften in immer weiteren Grenzen zu variieren. Die Charakterisierungsmethoden für nano¬kristalline Materialien sind aber noch nicht so weit entwickelt wie für gröbere Strukturen. In der Arbeitsgruppe Metallische Werkstoffe wird die Methodik entwickelt, ein nanokristallines Gefüge im Transmissionselektronenmikroskop vollständig zu charakterisieren, d. h. Korn-größenverteilungen und Orientierungsbeziehungen für ein vorliegendes Material quantitativ zu bestimmen. Dies ist am Beispiel einer Zwillingsgrenze in Fig. 4 gezeigt. Anhand einer genauen Charakterisierung kann beurteilt werden, inwieweit sich Änderungen in den Herstellungsprozessen auswirken.