Innovative Implantatmaterialien können durch das Einbringen von elektrogesponnenen Proteinfasern besser in das umliegende Gewebe einwachsen. Für seine Erkenntnisse zu diesem Prozess ist Julius Rubers mit dem Werkstoff-Preis 2019 der Schott AG geehrt worden. Er erhielt den mit 1500 Euro dotierten Preis im Rahmen der Kuratoriumssitzung des Fraunhofer-Instituts für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS in Halle (Saale). Mit dem von der Jury ausgezeichneten Ansatz könnten unter anderem aufwendige Nachbehandlungen vermieden werden.
Dr. Roland Langfeld, R&D Consultant der Schott AG und Vorsitzender des Kuratoriums des Fraunhofer IMWS, überreichte den Preis. Die eingereichten Beiträge repräsentierten nach seinen Worten auch in diesem Jahr die große thematische Vielfalt und hohe wissenschaftliche Qualität der Arbeiten am Fraunhofer IMWS. Die Arbeit von Julius Rubers habe dabei herausgeragt, weil sie eine sehr hohe Anwendungsorientierung habe und teilweise völlig neue Lösungswege gefunden worden seien. Er konnte mit seiner Idee zeigen: Innovative Materialien eröffnen auch in der Medizintechnik noch reichlich attraktive Möglichkeiten, sagte Langfeld.
Julius Rubers setzte für die im Rahmen seiner Masterarbeit entwickelte Lösung auf das Zusammenspiel von Polyetheretherketon (PEEK) und elektrogesponnenen Proteinfasern. PEEK hat exzellente mechanische Eigenschaften und ist biokompatibel. Deshalb eignet es sich gut als Implantatmaterial, das hohen Belastungen standhalten muss, etwa im Knochen. Die Proteinfasern können als Gerüst für Zellwachstum dienen und lassen sich durch das Verfahren des Elektrospinnens zudem ultradünn herstellen. Das Problem war bisher, dass sich beides nicht gut verbinden ließ, weil die Fasern nicht auf herkömmlichen PEEK-Materialien haften.
Rubers, der Biomedizintechnik/Medizintechnik in Stuttgart und Tübingen studiert hat und seit April 2018 am Fraunhofer IMWS tätig ist, entwickelte deshalb zunächst die Elektrospinnanlage weiter. Er verbesserte die Bildung eines homogenen Faservlieses durch das Einbringen von Carbonfaser-verstärktem PEEK. Anschließend entwickelte er ein Verfahren zur Adhäsionsoptimierung. Dabei erwies sich das Nass-Ätzverfahren als richtiger Weg: Unter Einfluss eines aktiven Quervernetzers verbinden sich die Proteinfasern chemisch mit der PEEK-Oberfläche. Tests der entwickelten Vliese auf Biokompatibilität zeigten, dass Zellen gut an dem Nanovlies haften, ein Implantat aus dem entsprechenden Material also gut in das umgebende Gewebe einwachsen kann. Abschließend erfolgte eine 3D-Beschichtung der PEEK-Implantate, um die Methode auf industrielle Anwendbarkeit zu testen.
Rubers freut sich sehr über den Preis für seine Masterarbeit und sieht die Auszeichnung als Ansporn für seine künftige wissenschaftliche Tätigkeit. Am Fraunhofer IMWS habe er dafür ideale Voraussetzungen vorgefunden, vom Know-how zu Implantatmaterialien und zur Oberflächenmodifizierung über die Möglichkeiten bei der Mikrostrukturaufklärung bis hin zur Prototypen-Entwicklung für die 3D-Beschichtung.
Mit jeweils 500 Euro wurden zwei weitere Arbeiten prämiert. Dr. Maria Gaudig beschäftigte sich in ihrer Dissertation mit den physikalischen Mechanismen der Bildung von Schwarzem Silizium bei maskenfreiem Plasmaätzen. Ein besseres Verständnis der Prozesse bei dieser Mikro- bis Nanotexturierung der Oberfläche bietet Potenziale beispielsweise für Photovoltaik-Anwendungen. Dr. Stephan Krause untersuchte in seiner Dissertation die selektive Laserablation für dünne Schichten und entwickelte unter anderem ein Modell zur Vorhersage der dabei ablaufenden Prozesse. Anhand des Modells kann die Laserpulsdauer optimiert werden, sodass beispielsweise Halbleitermaterialien schädigungsfrei mit dieser Methode bearbeitet werden können.
Um den zum dritten Mal vergebenen Preis konnten sich alle Nachwuchswissenschaftlerinnen und Nachwuchswissenschaftler des Fraunhofer IMWS bewerben, ebenso alle, die eine mit dem Institut verbundene Diplom- oder Doktorarbeit abgeschlossen haben. Nach den Kriterien wissenschaftliche Leistung, Innovationshöhe, Professionalität und Anwendungsrelevanz wählte eine Jury unter den zahlreichen Einreichungen die drei Finalisten aus, die ihre Ergebnisse in kurzen Vorträgen dem Kuratorium präsentierten. Die Kuratoriumsmitglieder kürten dann den Sieger.
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Text zum Titelbild: Julius Rubers (2. v. re.) wurde mit dem Werkstoffpreis der Schott AG geehrt. Maria Gaudig und Dr. Stephan Krause (2. v. li.) erhielten Anerkennungspreise. Es gratulierten Dr. Roland Langfeld, Vorsitzender des Kuratoriums des Fraunhofer IMWS (re.), und Institutsleiter Prof. Ralf B. Wehrspohn (li.)
(©Fraunhofer IMWS)
