Beispielprojekte Biologisierung der Technik

Bioinspirierte Material- und Werkstoffforschung

Im Folgenden finden Sie eine Auswahl von Projekten aus der Bekanntmachung "Bioinspirierte Material- und Werkstoffforschung".

 

Verbesserte Implantate durch reibungsmindernde und selbstheilende Beschichtungen

Künstliche Implantate sollen im menschlichen Körper möglichst bioverträglich, mechanisch belastbar und lange haltbar sein. Bei natürlichen Gelenken ermöglicht der Gelenkknorpel durch eine sehr wirksame Grenzflächenschmierung eine reibungsarme Beweglichkeit. Implantatbeschichtungen, die die Gleitfähigkeit verbessern und den Abrieb verringern, bieten aussichtsreiche Potenziale, um die Haltbarkeit künstlicher Gelenke deutlich zu steigern.

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Neue Materialplattform für biologisches Gewebe aus dem 3D-Drucker

Durch das dreidimensionale Bioprinting können lebende Zellen zusammen mit gerüstbildenden Hilfsstoffen zu größeren Gewebestrukturen verdruckt werden. Trotz großer Fortschritte auf dem Gebiet des Bioprintings ist man von der Vision, künstliche Organe zu drucken, noch weit entfernt. Eine neue Materialplattform auf Basis selbstheilender Hydrogele soll die Möglichkeiten des Bioprintings erweitern, um künftig den Eigenschaften natürlichen Gewebes deutlich näher zu kommen.

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Ideenwettbewerb Biologisierung der Technik

Im Folgenden finden Sie eine Auswahl von Projekten aus dem "Ideenwettbewerb Biologisierung der Technik" im Bereich der Materialforschung.

 

Bioinspirierte Beschichtung zur Keimabwehr

Bakterielle Keime auf medizinischen Produkten stellen ein hohes Gesundheitsrisiko dar und können bei Patienten gefährliche Infektionen hervorrufen. Gesucht werden Beschichtungen, die Oberflächen dauerhaft und effizient keimfrei halten. Als biologisches Vorbild dient die feinstukturierte Haut von winzigen Tierchen, die unerwünschte Mikroorganismen mit Hilfe spezieller Biopolymere von sich fern halten.

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Unterwasserkleber zur Rettung von Korallenriffen

Klebstoffe sind aus unseren Alltagsprodukten nicht wegzudenken, aber aus Perspektive der Nachhaltigkeit in Bezug auf Rohstoffeinsatz und Umweltverträglichkeit oftmals kritisch zu bewerten. Zudem ist der Einsatz in Meerwasser technologisch herausfordernd. Erforscht wird ein Klebesystem, das durch die molekularen Haftmechanismen von Holz und Muscheln inspiriert ist und sich für die Wiederherstellung empfindlicher mariner Ökosysteme wie Korallenriffe eignet.

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Holz aus dem 3D-Drucker

Holz ist einer der wichtigsten nachwachsenden Werkstoffe, aber für moderne Fertigungsverfahren wie der additiven Fertigung bislang nicht zugänglich. Die Aufbereitung von Holzbestandteilen für den 3D-Druck ermöglicht Hightech-Funktionen durch gezielte Strukturierung, die bislang nur mit künstlichen Materialien wie Metallen oder Kunststoffen darstellbar sind.

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Teppichkleben nach dem Vorbild des Spinnnetzes

Industrielle Klebstoffe kommen in vielen Anwendungsbereichen zum Einsatz. Für das Verlegen von Bodenbelägen sind sowohl eine hohe Haftkraft als auch eine leichte Ablösbarkeit von Bedeutung. Um diese beiden Eigenschaften zu kombinieren, soll das Beutefangprinzip von Spinnen unter Ausnutzung des Kapillareffekts als Vorbild dienen und auf einen biobasierten Klebstoff übertragen werden.

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Implantat zur Behandlung großer Knochendefekte

Die Behandlung von Knochendefekten mit einer kritischen Bruchlänge ist häufig mit Folgeoperationen verbunden, die für die betroffenen Patienten eine zusätzliche Belastung darstellen. Erforscht wird ein Knochenimplantat, das in Aufbau und Materialkombination durch natürliche Knochen inspiriert ist. Die Kompositstruktur aus Bioglasfasern und Kollagen soll lasttragend und vollständig resorbierbar sein, wodurch große Knochendefekte in einem einzigen Schritt behandelt werden können.

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Anwendung des Schneckenschleimprinzips in Schmierstoffen

Schmierstoffe werden in Produktionsprozessen zur Reduktion unerwünschter Reibung zwischen beweglichen Teilen verwendet. Um aufwändige Anpassungen für unterschiedliche Prozesse zu vermeiden, wird die Eignung eines biologischen Prinzips als Vorbild für Schmierstoffformulierungen erforscht: Die Viskosität von Schneckenschleim verändert sich als Reaktion auf äußere Reize innerhalb von Sekunden.

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Verringerung von Nebenwirkungen bei der Dialyse

Durch die Verabreichung von entzündungshemmenden Enzymen kann die Sterblichkeit von Dialysepatienten reduziert werden. Anstelle der intravenösen Gabe wird eine biologisch inspirierte Klebstofflösung zur Beschichtung von blutkontaktierenden Oberflächen mit geeigneten Enzymen angestrebt, um notwendige Wirkstoffmengen und somit Nebenwirkungen zu verringern.

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