Medizintechnik

Unsere Expertise im Bereich Medizintechnik zur Herstellung funktionaler Oberflächen, zur Materialentwicklung und Oberflächenanalytik runden das Leistungsspektrum des IGB ab. Der Fokus liegt hierbei auf Beschichtungstechnologien und Materialentwicklungen bis hin zu biologischen Tinten für medizintechnische Unternehmen. Darüber hinaus etablieren wir Plasma- und UV-Sterilisationsverfahren zur Entkeimung und Entfernung pyrogener Rückstände im Hinblick auf größtmögliche Effektivität und Materialschonung.

Beschichtungen für optimierte Materialeigenschaften

Steuerung biologischer Prozesse an der Grenzfläche vom Implantat zum biologischen System

Implantatmaterialien modifizieren wir beispielsweise mithilfe der Plasmatechnik, um die unspezifische Adsorption von Proteinen zu vermeiden. Spezifische biologische Beschichtungen, u.a. mit Proteinen, ermöglichen, dass menschliche Zellen schneller anwachsen und fördern so ein schnelleres Einheilen von Implantaten. Die Biokompatibilität der Oberflächen gewährleistet auch bei künstlichen extrazellulären Trägerstrukturen die Funktionsfähigkeit des angrenzenden biologischen Gewebes.

© Fraunhofer IGB
Verkapselte Kupferspule mit aufgelöteter Elektronik.

Biomaterialien und Biotinten

Speziell für Implantate untersuchen wir im Forschungsgebiet Biomaterialien spezifische Zell-Material-Wechselwirkungen und entwickeln und optimieren Materialien wie Hydrogele. Ein Fokus liegt auf der Untersuchung und Nachbildung der extrazellulären Matrix – quasi als das optimale Biomaterial nach dem Vorbild der Natur.

Neben biologischen Trägern entwickelt das Fraunhofer IGB auch miniaturisierte Röhrchen – als Versorgungssysteme für größere Gewebemodelle. Die Anpassung additiver Verfahren auf die Verarbeitung von biologischen Materialien und Zellen für personalisierte Implantate einerseits und die Entwicklung von sogenannten Biotinten – Formulierungen aus Biomolekülen, die zunächst dispensierbar und anschließend zu stabilen, gewebeähnlichen Matrices vernetzbar sind – sind Gegenstand weiterer aktueller Forschungsarbeiten.

Bioprinting.
© Fraunhofer IGB

Nachweis von Pyrogenen

Um Pyrogene – z. B. bakterielle Zellbestandteile, die fiebrige Reaktion bis hin zu Schockzuständen im Menschen hervorrufen – nachzuweisen, haben wir zellbasierte Assaysysteme entwickelt. Diese eignen sich zur Untersuchung medizintechnischer Geräte auf Pyrogenfreiheit und können bisherige Tests ergänzen oder ersetzen.

Zellbasierter Assay Pyrogennachweis.
Zellbasierter Assay Pyrogennachweis.

Plasma- und UV-Sterilisationsverfahren

Zur Entkeimung und Entfernung pyrogener Rückstände etablieren wir Plasma- und UV-Sterilisationsverfahren, etwa für wiederverwendbare Sterilbehälter, im Hinblick auf größtmögliche Effektivität und Materialschonung.

Plasmabehandlung zur Sterilisation von zwei Sterisafes-Sterilbehältern aus unterschiedlichen Materialien.
Bild 1: Plasmabehandlung zur Sterilisation von zwei Sterisafes-Sterilbehältern aus unterschiedlichen Materialien (A: Polyetherimid, B: Polyphenylensulfid) in einem Plasmareaktor.

Bestimmung freier Radikale in bestrahlten Medizinprodukten

Zur Sterilisierung wärmeempfindlicher Arzneimittel und Medizinprodukte empfiehlt die Weltgesundheitsorganisation (WHO) die Gamma-Sterilisation. Hierbei werden die Produkte mit hochenergetischen Gammastrahlen bestrahlt, die die DNA von Mikroorganismen zerstört und die Keime abtötet. Bei der Bestrahlung entstehen jedoch auch unerwünschte freie Radikale. Die Menge der Radikale quantifizieren wir schnell und sicher mittels Elektronenspin-Resonanz-Spektroskopie.

Zudem ermitteln wir mit der Elektronenspin-Resonanz-Spektroskopie auch reaktive Sauerstoffspezies (ROS) und Stickstoffmonoxid (NO) in biologischen Systemen, z. B. Zellen oder Blut.

Elektronen-Spin-Resonanz Signal.
Elektronen-Spin-Resonanz Signal.