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F R A U N H O F E R - I N S T I T U T F Ü R K E R A M I S C H E T E C H N O L O G I E N U N D S Y S T E M E I K T S
KURZPORTRÄT DESFRAUNHOFER IKTSDas Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS betreibt anwen-
dungsorientierte Forschung für Hochleistungskeramik. Die drei Institutsteile in Dresden
und Hermsdorf (Thüringen) formen gemeinsam das größte Keramikforschungsinstitut
Europas.
Als Forschungs- und Technologiedienstleister entwickelt das Fraunhofer IKTS moderne
keramische Hochleistungswerkstoffe, industrierelevante Herstellungsverfahren sowie
prototypische Bauteile und Systeme in vollständigen Fertigungslinien bis in den Pilotmaß-
stab. Das Institut arbeitet in acht marktorientierten Geschäftsfeldern, um keramische
Technologien und Komponenten für neue Branchen, neue Produktideen und neue Märkte
jenseits der klassischen Einsatzgebiete zu demonstrieren und zu qualifizieren. Dazu gehö-
ren keramische Werkstoffe und Verfahren, Maschinenbau und Fahrzeugtechnik, Elektronik
und Mikrosysteme, Energie, Umwelt- und Verfahrenstechnik, Bio- und Medizintechnik,
Optik sowie die Material- und Prozessanalyse.
Der Institutsteil Materialdiagnostik erweitert das Forschungsportfolio um die Kompetenzen
Werkstoffdiagnose und -prüfung. Die Prüfverfahren aus den Bereichen Akustik, Elektro-
magnetik, Optik, Mikroskopie und Strahltechnik tragen maßgeblich zur Qualitätssicherung
von Produkten und Anlagen bei.
KOMPETENZENKeramische Werkstoffe und Oberflächen
- Hochreine dichte oder poröse Biokeramik (Al2O3, ZrO2 (ATZ, ZTA, Y-TZP), Ca3(PO4)2 und HAP)
- Offenzellige Schaumkeramik und Metallschäume
- Glas und Glaskeramik (Li2Si2O5)
- Oxid- und Nichtoxidkeramik mit gezielten elektrischen, thermischen, mechanischen und
optischen Funktionalitäten
- Komposite (Polymerkeramik) und Werkstoffverbunde (porös/dicht, Metall/Keramik)
Technologien
- Pulver- und Schlickeraufbereitung
- Gieß-, Press- und plastische Formgebungsverfahren
- Schäumungs- und Abformtechnologien für zellulare Strukturen
- CAD/CAM-Linie
- Oxidkeramische Halbzeuge (zertifiziert nach EN ISO 13485:2012)
- Plasmabeschichtung und Sol-Gel-Verfahren
- Additive Fertigungsverfahren
- Dickschicht- und Multilayertechnologie (komplette Linie für HTCC, LTCC)
- Dünnschichttechnologie (Thermal CVD, PECVD, Thermal ALD, PVD, LPD)
- Mikro- und Oberflächenbearbeitung
- Biokompatible Aufbau- und Verbindungstechnik
- Medizintechnischer Gerätebau
- Hochskalieren und Technologietransfer
Diagnose-/Therapiesysteme und Charakterisierung
- Bioelektrische, topographiebasierte, akustische und optische Messsysteme
- Biophysikalische Charakterisierung auf Nano-, Mikro- und Makroebene (TEM, SEM, AFM,
AFAM, Raman)
- In-vivo- sowie In-vitro-Analyse- und Diagnosesysteme (fluoreszenzbasierte Tumordiagnostik,
Theranostik)
- Sensor- und Aktorsysteme für Untersuchung von Stimulations- und Suppressionsprozessen
- Plasmonische Sensorsysteme
- Energieübertragungs- und Kommunikationssysteme
- Labordiagnostik in S2-Umgebung
KONTAKTGeschäftsfeld
Bio- und Medizintechnik
Dr. Jörg Opitz
Fraunhofer-Institut für
Keramische Technologien
und Systeme IKTS,
Institutsteil
Materialdiagnostik
Maria-Reiche-Straße 2,
01109 Dresden
Tel. +49 351 88815-516
joerg.opitz@
ikts.fraunhofer.de
5
5 3D-Visualisierung eines Zahns
mittels Optischer Kohärenz-
tomographie.
G E S C H Ä F T S F E L D
BIO- UND MEDIZINTECHNIK
www.ikts.fraunhofer.de
TITELBILD Gefrier-
geschäumte Daumenknochen-
replikate.
Bio- und Medizintechnik_SF_final.indd 1-3 23.03.2015 15:50:49
1 Zirkonoxid für dentale
Anwendungen.
2 Additiv gefertigter Unter-
kieferknochen.
3 Elektrochemisches Multi-
sensorarray aus LTCC.
4 In-vitro Zellmonitoring.
Implantate
Am Fraunhofer IKTS werden seit vielen Jahren biokeramische
Werkstoffe und funktionale Komponenten für die Implantolo-
gie entwickelt und optimiert. Mit Hilfe von Schäumungs- und
Abformtechnologien sowie Plasmabeschichtungs- und
Sol-Gel-Verfahren können dichte und zelluläre biokeramische
Formkörper hergestellt und funktionalisiert werden. Neue
Ansätze wie die Additive Fertigung oder die Funktionalisierung
mittels sensorischer und aktorischer Systeme sind zentrale
Forschungsthemen für eine neue Generation von Implantaten.
Dentalkeramik
Damit dentalkeramische Komponenten durch Ästhetik, Biover-
träglichkeit und außergewöhnliche Belastbarkeit überzeugen,
forscht das Fraunhofer IKTS an neuartigen Materialien, Kom-
ponenten und Herstellungstechnologien. In durchgängigen
Prozessketten (CAD/CAM) können oxidkeramische Werkstoffe
z. B. zu dentalen Restaurationen verarbeitet werden. Des Wei-
teren ist es möglich, beim Formgebungsprozess die Oberfläche
von Implantaten aus Oxidkeramik gezielt zu strukturieren. Für
die Dentalkeramik wurde zusätzlich ein Lithiumsilikat zur
Dünnschichtverblendung monolithischer Restaurationen aus
Yttrium-stabilisiertem Zirkonoxid entwickelt, welches einen
sehr guten Haftverbund liefert, einfach aufzubringen ist und
keine Nacharbeit notwendig macht. Ein umfangreiches Set an
Charakterisierungsmethoden ermöglicht eine stetige Verbes-
serung der Eigenschaften auf Werkstoff- und Halbzeugebene.
Innerhalb der Vorlaufforschung werden modernste Verfahren
wie die Additive Fertigung von Dentalkomponenten unter-
sucht, optimiert und für einen seriellen Einsatz qualifiziert.
Biosensorik und -aktorik
Das Wissen darüber, wie biologische Gewebe mit verschiede-
nen Materialien interagieren, ist entscheidend für die Entwick-
lung von Implantaten und biofunktionalen Mikrosystemen.
Die Kombination biokeramischer Werkstoffe und biophysi-
kalischer Systeme schafft Synergien zwischen Keramik und
Mikrosystemtechnik und erlaubt so die Herstellung von diag-
nostischen und therapeutischen Medizintechnikprodukten.
Eine besondere Kompetenz besitzt das Fraunhofer IKTS in der
Entwicklung von Monitoringsystemen zur Untersuchung von
zellulären und mikrobiellen Wachstumsprozessen. Darüber
hinaus arbeitet das Fraunhofer IKTS an biophysikalischen
Aktorsystemen, um das Anwachsen von Geweben auf
Implantatoberflächen gezielt zu fördern und das Bakterien-
wachstum zu hemmen. Neuartige Übertragungssysteme
sichern die kabel- und batterielose Energieversorgung von
Implantaten.
1 2 4
BIO- UND MEDIZINTECHNIKIm Geschäftsfe ld »Bio- und Mediz intechnik« bietet das Fraunhofer IKTS keramische Werkstoffe,
Komponenten und Systeme für die Dentaltechnik, Endoprothet ik sowie die biomediz in ische
Diagnost ik und Therapeut ik.
Die umfangreiche Erfahrung mit keramischen Werkstoffen
ist der Grundstein, um Industrie- und Forschungspartner bei
der Produktentwicklung vom Rohstoff bis zum kompletten
medizintechnischen Gerät unterstützen zu können. Qualitäts-,
Kosten- und regulatorische Anforderungen sind zentraler
Bestandteil der medizintechnischen Forschungsarbeiten
am Fraunhofer IKTS und werden durch eine hervorragende
technische Infrastruktur mit zertifizierten Laboren sicherge-
stellt. Es bestehen langjährige Kooperationen sowohl in der
Bearbeitung von kundenspezifischen Aufgabenstellungen als
auch im Rahmen von Gutachtertätigkeiten.
Das Fraunhofer IKTS ist zertifiziert nach dem Medizinprodukte-
gesetz für die Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet
der biokeramischen Werkstoffe und Komponenten sowie der
Herstellung von Halbfabrikaten für die Anwendung in der
Medizintechnik. Diese werden vorwiegend in der Dentaltech-
nik und Endoprothetik eingesetzt, insbesondere als Knochen-
ersatzmaterial und in biokeramischen Oberflächen- und Form-
körperdesigns. Auf Basis kommerziell verfügbarer Materialien
werden neue keramische Werkstoffe und Komponenten mit
verbesserten und modifizierten Eigenschaften entwickelt, die
den Anforderungen einer stetig alternden Gesellschaft gerecht
werden. Dabei nutzen die Wissenschaftler Schäumungs-,
Abform- und Schlickergusstechnologien, Plasmabeschichtungs-
und Sol-Gel-Verfahren sowie innovative Verfahren wie die
Additive Fertigung.
Einen weiteren Schwerpunkt bilden Verfahren der Zell- und
Gewebediagnostik, die Aufschluss über das Verhalten von
Zellen im Körper und gegenüber Fremdmaterialien geben
und die so zur Diagnose sowie Behandlung schwerwiegender
Krankheiten beitragen. Grundlage dafür ist ein breites
Portfolio physikalischer Charakterisierungsverfahren, ergänzt
um eine umfassende Kompetenz im Bereich bildgebender
Methoden sowie der Verarbeitung großer Datenmengen. Im
Fokus stehen dabei Verfahren, Systeme und Instrumente für
die Stimulation und das Monitoring von Zellen und Geweben
sowie für die Separation, Detektion und Suppression von
mikrobiellen Organismen und Toxinen. Darüber hinaus
werden optische, akustische und bioelektrische Verfahren für
die klinische Labordiagnostik und Point-of-Care-Diagnostik
sowie für Home-Care-Applikationen qualifiziert. Das Dienst-
leistungsangebot reicht von der Konzeption, Verfahrens- und
Softwareentwicklung über die Konstruktion und den Bau von
Prototypen bis hin zur Unterstützung bei der Überführung in
die Fertigungsphase.
Das Fraunhofer IKTS verfügt neben den biophysikalischen,
biochemischen und biomechanischen Prüflaboren auch über
entsprechend eingerichtete zertifizierte Labore für die Zell- und
Immunbiologie sowie für die Bewertung der Umwelt- und
Gesundheitsrisiken von Nanopartikeln. So lassen sich gezielt
Lösungen zur Bewältigung der Herausforderungen in der
Medizintechnik sowie im Life-Science- und Home-Care-
Segment entwickeln und in die Anwendung überführen.
ANWENDUNGSBEREICHE
Chirurgische Instrumente und Komponenten
Keramische Werkstoffe zeichnen sich neben Verschleißfestig-
keit, Bioverträglichkeit und chemischer Inertheit auch durch
eine gezielte Einstellbarkeit der elektrischen Leitfähigkeit aus.
Dies ermöglicht kreative Ansätze bei der Fertigung funktio-
nalisierter chirurgischer Instrumente sowie verschiedenster
Komponenten der Medizintechnik. Hochpräzise keramische
Schneidmaterialien und Instrumente, die in einem Arbeits-
schritt abklemmen und veröden, oder keramische Federn für
Röntgengeräte – wo die Möglichkeiten anderer Materialien
enden, beginnen keramische Werkstoffe ihre Vorteile
auszuspielen. Am Fraunhofer IKTS wird daher permanent
an zukunfstweisenden Anwendungen für Komponenten
und Geräte der Medizintechnik geforscht, um Keramik zum
Nutzen des Menschen einzubringen.
Analytik und Diagnostik
Innovative Verfahren der optischen, akustischen und bioelek-
trischen Analytik eröffnen neue Wege für medizinische Dia-
gnosesysteme der nächsten Generation. Im Mittelpunkt der
Forschung am Fraunhofer IKTS stehen Methoden, Kompo-
nenten, Verbrauchsmaterialien und Komplettsysteme für die
Onkologie, Biomedizin sowie klinische Anwendungen.
Optische Methoden stellen einen besonderen Schwerpunkt
dar, da Licht schnell, hochsensitiv und berührungslos
messen kann. Es ist damit ein ideales Werkzeug, um biologi-
sche Prozesse und Defekte direkt auf Zellebene zu messen.
Bereits heute können somit zahlreiche medizinische und diag-
nostische Fragestellungen in der Medizintechnik und im
Life-Science-Bereich einfach und kostengünstig beantwortet
werden.
Gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und
Immunologie IZI wurde dafür das Bio-Nanotechnologie
Anwendungslabor (BNAL) gegründet. An der Schnittstelle von
Zellbiologie, Medizin, Biotechnologie, Nanotechnologie und
Medizintechnik werden Themen von der biologisch-medizini-
schen Grundlagenforschung über die Verfahrensentwicklung
bis hin zur Validierung neuester Technologien und System-
lösungen bearbeitet.
3
Bio- und Medizintechnik_SF_final.indd 4-6 23.03.2015 15:51:03
1 Zirkonoxid für dentale
Anwendungen.
2 Additiv gefertigter Unter-
kieferknochen.
3 Elektrochemisches Multi-
sensorarray aus LTCC.
4 In-vitro Zellmonitoring.
Implantate
Am Fraunhofer IKTS werden seit vielen Jahren biokeramische
Werkstoffe und funktionale Komponenten für die Implantolo-
gie entwickelt und optimiert. Mit Hilfe von Schäumungs- und
Abformtechnologien sowie Plasmabeschichtungs- und
Sol-Gel-Verfahren können dichte und zelluläre biokeramische
Formkörper hergestellt und funktionalisiert werden. Neue
Ansätze wie die Additive Fertigung oder die Funktionalisierung
mittels sensorischer und aktorischer Systeme sind zentrale
Forschungsthemen für eine neue Generation von Implantaten.
Dentalkeramik
Damit dentalkeramische Komponenten durch Ästhetik, Biover-
träglichkeit und außergewöhnliche Belastbarkeit überzeugen,
forscht das Fraunhofer IKTS an neuartigen Materialien, Kom-
ponenten und Herstellungstechnologien. In durchgängigen
Prozessketten (CAD/CAM) können oxidkeramische Werkstoffe
z. B. zu dentalen Restaurationen verarbeitet werden. Des Wei-
teren ist es möglich, beim Formgebungsprozess die Oberfläche
von Implantaten aus Oxidkeramik gezielt zu strukturieren. Für
die Dentalkeramik wurde zusätzlich ein Lithiumsilikat zur
Dünnschichtverblendung monolithischer Restaurationen aus
Yttrium-stabilisiertem Zirkonoxid entwickelt, welches einen
sehr guten Haftverbund liefert, einfach aufzubringen ist und
keine Nacharbeit notwendig macht. Ein umfangreiches Set an
Charakterisierungsmethoden ermöglicht eine stetige Verbes-
serung der Eigenschaften auf Werkstoff- und Halbzeugebene.
Innerhalb der Vorlaufforschung werden modernste Verfahren
wie die Additive Fertigung von Dentalkomponenten unter-
sucht, optimiert und für einen seriellen Einsatz qualifiziert.
Biosensorik und -aktorik
Das Wissen darüber, wie biologische Gewebe mit verschiede-
nen Materialien interagieren, ist entscheidend für die Entwick-
lung von Implantaten und biofunktionalen Mikrosystemen.
Die Kombination biokeramischer Werkstoffe und biophysi-
kalischer Systeme schafft Synergien zwischen Keramik und
Mikrosystemtechnik und erlaubt so die Herstellung von diag-
nostischen und therapeutischen Medizintechnikprodukten.
Eine besondere Kompetenz besitzt das Fraunhofer IKTS in der
Entwicklung von Monitoringsystemen zur Untersuchung von
zellulären und mikrobiellen Wachstumsprozessen. Darüber
hinaus arbeitet das Fraunhofer IKTS an biophysikalischen
Aktorsystemen, um das Anwachsen von Geweben auf
Implantatoberflächen gezielt zu fördern und das Bakterien-
wachstum zu hemmen. Neuartige Übertragungssysteme
sichern die kabel- und batterielose Energieversorgung von
Implantaten.
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BIO- UND MEDIZINTECHNIKIm Geschäftsfe ld »Bio- und Mediz intechnik« bietet das Fraunhofer IKTS keramische Werkstoffe,
Komponenten und Systeme für die Dentaltechnik, Endoprothet ik sowie die biomediz in ische
Diagnost ik und Therapeut ik.
Die umfangreiche Erfahrung mit keramischen Werkstoffen
ist der Grundstein, um Industrie- und Forschungspartner bei
der Produktentwicklung vom Rohstoff bis zum kompletten
medizintechnischen Gerät unterstützen zu können. Qualitäts-,
Kosten- und regulatorische Anforderungen sind zentraler
Bestandteil der medizintechnischen Forschungsarbeiten
am Fraunhofer IKTS und werden durch eine hervorragende
technische Infrastruktur mit zertifizierten Laboren sicherge-
stellt. Es bestehen langjährige Kooperationen sowohl in der
Bearbeitung von kundenspezifischen Aufgabenstellungen als
auch im Rahmen von Gutachtertätigkeiten.
Das Fraunhofer IKTS ist zertifiziert nach dem Medizinprodukte-
gesetz für die Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet
der biokeramischen Werkstoffe und Komponenten sowie der
Herstellung von Halbfabrikaten für die Anwendung in der
Medizintechnik. Diese werden vorwiegend in der Dentaltech-
nik und Endoprothetik eingesetzt, insbesondere als Knochen-
ersatzmaterial und in biokeramischen Oberflächen- und Form-
körperdesigns. Auf Basis kommerziell verfügbarer Materialien
werden neue keramische Werkstoffe und Komponenten mit
verbesserten und modifizierten Eigenschaften entwickelt, die
den Anforderungen einer stetig alternden Gesellschaft gerecht
werden. Dabei nutzen die Wissenschaftler Schäumungs-,
Abform- und Schlickergusstechnologien, Plasmabeschichtungs-
und Sol-Gel-Verfahren sowie innovative Verfahren wie die
Additive Fertigung.
Einen weiteren Schwerpunkt bilden Verfahren der Zell- und
Gewebediagnostik, die Aufschluss über das Verhalten von
Zellen im Körper und gegenüber Fremdmaterialien geben
und die so zur Diagnose sowie Behandlung schwerwiegender
Krankheiten beitragen. Grundlage dafür ist ein breites
Portfolio physikalischer Charakterisierungsverfahren, ergänzt
um eine umfassende Kompetenz im Bereich bildgebender
Methoden sowie der Verarbeitung großer Datenmengen. Im
Fokus stehen dabei Verfahren, Systeme und Instrumente für
die Stimulation und das Monitoring von Zellen und Geweben
sowie für die Separation, Detektion und Suppression von
mikrobiellen Organismen und Toxinen. Darüber hinaus
werden optische, akustische und bioelektrische Verfahren für
die klinische Labordiagnostik und Point-of-Care-Diagnostik
sowie für Home-Care-Applikationen qualifiziert. Das Dienst-
leistungsangebot reicht von der Konzeption, Verfahrens- und
Softwareentwicklung über die Konstruktion und den Bau von
Prototypen bis hin zur Unterstützung bei der Überführung in
die Fertigungsphase.
Das Fraunhofer IKTS verfügt neben den biophysikalischen,
biochemischen und biomechanischen Prüflaboren auch über
entsprechend eingerichtete zertifizierte Labore für die Zell- und
Immunbiologie sowie für die Bewertung der Umwelt- und
Gesundheitsrisiken von Nanopartikeln. So lassen sich gezielt
Lösungen zur Bewältigung der Herausforderungen in der
Medizintechnik sowie im Life-Science- und Home-Care-
Segment entwickeln und in die Anwendung überführen.
ANWENDUNGSBEREICHE
Chirurgische Instrumente und Komponenten
Keramische Werkstoffe zeichnen sich neben Verschleißfestig-
keit, Bioverträglichkeit und chemischer Inertheit auch durch
eine gezielte Einstellbarkeit der elektrischen Leitfähigkeit aus.
Dies ermöglicht kreative Ansätze bei der Fertigung funktio-
nalisierter chirurgischer Instrumente sowie verschiedenster
Komponenten der Medizintechnik. Hochpräzise keramische
Schneidmaterialien und Instrumente, die in einem Arbeits-
schritt abklemmen und veröden, oder keramische Federn für
Röntgengeräte – wo die Möglichkeiten anderer Materialien
enden, beginnen keramische Werkstoffe ihre Vorteile
auszuspielen. Am Fraunhofer IKTS wird daher permanent
an zukunfstweisenden Anwendungen für Komponenten
und Geräte der Medizintechnik geforscht, um Keramik zum
Nutzen des Menschen einzubringen.
Analytik und Diagnostik
Innovative Verfahren der optischen, akustischen und bioelek-
trischen Analytik eröffnen neue Wege für medizinische Dia-
gnosesysteme der nächsten Generation. Im Mittelpunkt der
Forschung am Fraunhofer IKTS stehen Methoden, Kompo-
nenten, Verbrauchsmaterialien und Komplettsysteme für die
Onkologie, Biomedizin sowie klinische Anwendungen.
Optische Methoden stellen einen besonderen Schwerpunkt
dar, da Licht schnell, hochsensitiv und berührungslos
messen kann. Es ist damit ein ideales Werkzeug, um biologi-
sche Prozesse und Defekte direkt auf Zellebene zu messen.
Bereits heute können somit zahlreiche medizinische und diag-
nostische Fragestellungen in der Medizintechnik und im
Life-Science-Bereich einfach und kostengünstig beantwortet
werden.
Gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und
Immunologie IZI wurde dafür das Bio-Nanotechnologie
Anwendungslabor (BNAL) gegründet. An der Schnittstelle von
Zellbiologie, Medizin, Biotechnologie, Nanotechnologie und
Medizintechnik werden Themen von der biologisch-medizini-
schen Grundlagenforschung über die Verfahrensentwicklung
bis hin zur Validierung neuester Technologien und System-
lösungen bearbeitet.
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Bio- und Medizintechnik_SF_final.indd 4-6 23.03.2015 15:51:03
1 Zirkonoxid für dentale
Anwendungen.
2 Additiv gefertigter Unter-
kieferknochen.
3 Elektrochemisches Multi-
sensorarray aus LTCC.
4 In-vitro Zellmonitoring.
Implantate
Am Fraunhofer IKTS werden seit vielen Jahren biokeramische
Werkstoffe und funktionale Komponenten für die Implantolo-
gie entwickelt und optimiert. Mit Hilfe von Schäumungs- und
Abformtechnologien sowie Plasmabeschichtungs- und
Sol-Gel-Verfahren können dichte und zelluläre biokeramische
Formkörper hergestellt und funktionalisiert werden. Neue
Ansätze wie die Additive Fertigung oder die Funktionalisierung
mittels sensorischer und aktorischer Systeme sind zentrale
Forschungsthemen für eine neue Generation von Implantaten.
Dentalkeramik
Damit dentalkeramische Komponenten durch Ästhetik, Biover-
träglichkeit und außergewöhnliche Belastbarkeit überzeugen,
forscht das Fraunhofer IKTS an neuartigen Materialien, Kom-
ponenten und Herstellungstechnologien. In durchgängigen
Prozessketten (CAD/CAM) können oxidkeramische Werkstoffe
z. B. zu dentalen Restaurationen verarbeitet werden. Des Wei-
teren ist es möglich, beim Formgebungsprozess die Oberfläche
von Implantaten aus Oxidkeramik gezielt zu strukturieren. Für
die Dentalkeramik wurde zusätzlich ein Lithiumsilikat zur
Dünnschichtverblendung monolithischer Restaurationen aus
Yttrium-stabilisiertem Zirkonoxid entwickelt, welches einen
sehr guten Haftverbund liefert, einfach aufzubringen ist und
keine Nacharbeit notwendig macht. Ein umfangreiches Set an
Charakterisierungsmethoden ermöglicht eine stetige Verbes-
serung der Eigenschaften auf Werkstoff- und Halbzeugebene.
Innerhalb der Vorlaufforschung werden modernste Verfahren
wie die Additive Fertigung von Dentalkomponenten unter-
sucht, optimiert und für einen seriellen Einsatz qualifiziert.
Biosensorik und -aktorik
Das Wissen darüber, wie biologische Gewebe mit verschiede-
nen Materialien interagieren, ist entscheidend für die Entwick-
lung von Implantaten und biofunktionalen Mikrosystemen.
Die Kombination biokeramischer Werkstoffe und biophysi-
kalischer Systeme schafft Synergien zwischen Keramik und
Mikrosystemtechnik und erlaubt so die Herstellung von diag-
nostischen und therapeutischen Medizintechnikprodukten.
Eine besondere Kompetenz besitzt das Fraunhofer IKTS in der
Entwicklung von Monitoringsystemen zur Untersuchung von
zellulären und mikrobiellen Wachstumsprozessen. Darüber
hinaus arbeitet das Fraunhofer IKTS an biophysikalischen
Aktorsystemen, um das Anwachsen von Geweben auf
Implantatoberflächen gezielt zu fördern und das Bakterien-
wachstum zu hemmen. Neuartige Übertragungssysteme
sichern die kabel- und batterielose Energieversorgung von
Implantaten.
1 2 4
BIO- UND MEDIZINTECHNIKIm Geschäftsfe ld »Bio- und Mediz intechnik« bietet das Fraunhofer IKTS keramische Werkstoffe,
Komponenten und Systeme für die Dentaltechnik, Endoprothet ik sowie die biomediz in ische
Diagnost ik und Therapeut ik.
Die umfangreiche Erfahrung mit keramischen Werkstoffen
ist der Grundstein, um Industrie- und Forschungspartner bei
der Produktentwicklung vom Rohstoff bis zum kompletten
medizintechnischen Gerät unterstützen zu können. Qualitäts-,
Kosten- und regulatorische Anforderungen sind zentraler
Bestandteil der medizintechnischen Forschungsarbeiten
am Fraunhofer IKTS und werden durch eine hervorragende
technische Infrastruktur mit zertifizierten Laboren sicherge-
stellt. Es bestehen langjährige Kooperationen sowohl in der
Bearbeitung von kundenspezifischen Aufgabenstellungen als
auch im Rahmen von Gutachtertätigkeiten.
Das Fraunhofer IKTS ist zertifiziert nach dem Medizinprodukte-
gesetz für die Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet
der biokeramischen Werkstoffe und Komponenten sowie der
Herstellung von Halbfabrikaten für die Anwendung in der
Medizintechnik. Diese werden vorwiegend in der Dentaltech-
nik und Endoprothetik eingesetzt, insbesondere als Knochen-
ersatzmaterial und in biokeramischen Oberflächen- und Form-
körperdesigns. Auf Basis kommerziell verfügbarer Materialien
werden neue keramische Werkstoffe und Komponenten mit
verbesserten und modifizierten Eigenschaften entwickelt, die
den Anforderungen einer stetig alternden Gesellschaft gerecht
werden. Dabei nutzen die Wissenschaftler Schäumungs-,
Abform- und Schlickergusstechnologien, Plasmabeschichtungs-
und Sol-Gel-Verfahren sowie innovative Verfahren wie die
Additive Fertigung.
Einen weiteren Schwerpunkt bilden Verfahren der Zell- und
Gewebediagnostik, die Aufschluss über das Verhalten von
Zellen im Körper und gegenüber Fremdmaterialien geben
und die so zur Diagnose sowie Behandlung schwerwiegender
Krankheiten beitragen. Grundlage dafür ist ein breites
Portfolio physikalischer Charakterisierungsverfahren, ergänzt
um eine umfassende Kompetenz im Bereich bildgebender
Methoden sowie der Verarbeitung großer Datenmengen. Im
Fokus stehen dabei Verfahren, Systeme und Instrumente für
die Stimulation und das Monitoring von Zellen und Geweben
sowie für die Separation, Detektion und Suppression von
mikrobiellen Organismen und Toxinen. Darüber hinaus
werden optische, akustische und bioelektrische Verfahren für
die klinische Labordiagnostik und Point-of-Care-Diagnostik
sowie für Home-Care-Applikationen qualifiziert. Das Dienst-
leistungsangebot reicht von der Konzeption, Verfahrens- und
Softwareentwicklung über die Konstruktion und den Bau von
Prototypen bis hin zur Unterstützung bei der Überführung in
die Fertigungsphase.
Das Fraunhofer IKTS verfügt neben den biophysikalischen,
biochemischen und biomechanischen Prüflaboren auch über
entsprechend eingerichtete zertifizierte Labore für die Zell- und
Immunbiologie sowie für die Bewertung der Umwelt- und
Gesundheitsrisiken von Nanopartikeln. So lassen sich gezielt
Lösungen zur Bewältigung der Herausforderungen in der
Medizintechnik sowie im Life-Science- und Home-Care-
Segment entwickeln und in die Anwendung überführen.
ANWENDUNGSBEREICHE
Chirurgische Instrumente und Komponenten
Keramische Werkstoffe zeichnen sich neben Verschleißfestig-
keit, Bioverträglichkeit und chemischer Inertheit auch durch
eine gezielte Einstellbarkeit der elektrischen Leitfähigkeit aus.
Dies ermöglicht kreative Ansätze bei der Fertigung funktio-
nalisierter chirurgischer Instrumente sowie verschiedenster
Komponenten der Medizintechnik. Hochpräzise keramische
Schneidmaterialien und Instrumente, die in einem Arbeits-
schritt abklemmen und veröden, oder keramische Federn für
Röntgengeräte – wo die Möglichkeiten anderer Materialien
enden, beginnen keramische Werkstoffe ihre Vorteile
auszuspielen. Am Fraunhofer IKTS wird daher permanent
an zukunfstweisenden Anwendungen für Komponenten
und Geräte der Medizintechnik geforscht, um Keramik zum
Nutzen des Menschen einzubringen.
Analytik und Diagnostik
Innovative Verfahren der optischen, akustischen und bioelek-
trischen Analytik eröffnen neue Wege für medizinische Dia-
gnosesysteme der nächsten Generation. Im Mittelpunkt der
Forschung am Fraunhofer IKTS stehen Methoden, Kompo-
nenten, Verbrauchsmaterialien und Komplettsysteme für die
Onkologie, Biomedizin sowie klinische Anwendungen.
Optische Methoden stellen einen besonderen Schwerpunkt
dar, da Licht schnell, hochsensitiv und berührungslos
messen kann. Es ist damit ein ideales Werkzeug, um biologi-
sche Prozesse und Defekte direkt auf Zellebene zu messen.
Bereits heute können somit zahlreiche medizinische und diag-
nostische Fragestellungen in der Medizintechnik und im
Life-Science-Bereich einfach und kostengünstig beantwortet
werden.
Gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und
Immunologie IZI wurde dafür das Bio-Nanotechnologie
Anwendungslabor (BNAL) gegründet. An der Schnittstelle von
Zellbiologie, Medizin, Biotechnologie, Nanotechnologie und
Medizintechnik werden Themen von der biologisch-medizini-
schen Grundlagenforschung über die Verfahrensentwicklung
bis hin zur Validierung neuester Technologien und System-
lösungen bearbeitet.
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Bio- und Medizintechnik_SF_final.indd 4-6 23.03.2015 15:51:03
F R A U N H O F E R - I N S T I T U T F Ü R K E R A M I S C H E T E C H N O L O G I E N U N D S Y S T E M E I K T S
KURZPORTRÄT DESFRAUNHOFER IKTSDas Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS betreibt anwen-
dungsorientierte Forschung für Hochleistungskeramik. Die drei Institutsteile in Dresden
und Hermsdorf (Thüringen) formen gemeinsam das größte Keramikforschungsinstitut
Europas.
Als Forschungs- und Technologiedienstleister entwickelt das Fraunhofer IKTS moderne
keramische Hochleistungswerkstoffe, industrierelevante Herstellungsverfahren sowie
prototypische Bauteile und Systeme in vollständigen Fertigungslinien bis in den Pilotmaß-
stab. Das Institut arbeitet in acht marktorientierten Geschäftsfeldern, um keramische
Technologien und Komponenten für neue Branchen, neue Produktideen und neue Märkte
jenseits der klassischen Einsatzgebiete zu demonstrieren und zu qualifizieren. Dazu gehö-
ren keramische Werkstoffe und Verfahren, Maschinenbau und Fahrzeugtechnik, Elektronik
und Mikrosysteme, Energie, Umwelt- und Verfahrenstechnik, Bio- und Medizintechnik,
Optik sowie die Material- und Prozessanalyse.
Der Institutsteil Materialdiagnostik erweitert das Forschungsportfolio um die Kompetenzen
Werkstoffdiagnose und -prüfung. Die Prüfverfahren aus den Bereichen Akustik, Elektro-
magnetik, Optik, Mikroskopie und Strahltechnik tragen maßgeblich zur Qualitätssicherung
von Produkten und Anlagen bei.
KOMPETENZENKeramische Werkstoffe und Oberflächen
- Hochreine dichte oder poröse Biokeramik (Al2O3, ZrO2 (ATZ, ZTA, Y-TZP), Ca3(PO4)2 und HAP)
- Offenzellige Schaumkeramik und Metallschäume
- Glas und Glaskeramik (Li2Si2O5)
- Oxid- und Nichtoxidkeramik mit gezielten elektrischen, thermischen, mechanischen und
optischen Funktionalitäten
- Komposite (Polymerkeramik) und Werkstoffverbunde (porös/dicht, Metall/Keramik)
Technologien
- Pulver- und Schlickeraufbereitung
- Gieß-, Press- und plastische Formgebungsverfahren
- Schäumungs- und Abformtechnologien für zellulare Strukturen
- CAD/CAM-Linie
- Oxidkeramische Halbzeuge (zertifiziert nach EN ISO 13485:2012)
- Plasmabeschichtung und Sol-Gel-Verfahren
- Additive Fertigungsverfahren
- Dickschicht- und Multilayertechnologie (komplette Linie für HTCC, LTCC)
- Dünnschichttechnologie (Thermal CVD, PECVD, Thermal ALD, PVD, LPD)
- Mikro- und Oberflächenbearbeitung
- Biokompatible Aufbau- und Verbindungstechnik
- Medizintechnischer Gerätebau
- Hochskalieren und Technologietransfer
Diagnose-/Therapiesysteme und Charakterisierung
- Bioelektrische, topographiebasierte, akustische und optische Messsysteme
- Biophysikalische Charakterisierung auf Nano-, Mikro- und Makroebene (TEM, SEM, AFM,
AFAM, Raman)
- In-vivo- sowie In-vitro-Analyse- und Diagnosesysteme (fluoreszenzbasierte Tumordiagnostik,
Theranostik)
- Sensor- und Aktorsysteme für Untersuchung von Stimulations- und Suppressionsprozessen
- Plasmonische Sensorsysteme
- Energieübertragungs- und Kommunikationssysteme
- Labordiagnostik in S2-Umgebung
KONTAKTGeschäftsfeld
Bio- und Medizintechnik
Dr. Jörg Opitz
Fraunhofer-Institut für
Keramische Technologien
und Systeme IKTS,
Institutsteil
Materialdiagnostik
Maria-Reiche-Straße 2,
01109 Dresden
Tel. +49 351 88815-516
joerg.opitz@
ikts.fraunhofer.de
5
5 3D-Visualisierung eines Zahns
mittels Optischer Kohärenz-
tomographie.
G E S C H Ä F T S F E L D
BIO- UND MEDIZINTECHNIK
www.ikts.fraunhofer.de
TITELBILD Gefrier-
geschäumte Daumenknochen-
replikate.
Bio- und Medizintechnik_SF_final.indd 1-3 23.03.2015 15:50:49
F R A U N H O F E R - I N S T I T U T F Ü R K E R A M I S C H E T E C H N O L O G I E N U N D S Y S T E M E I K T S
KURZPORTRÄT DESFRAUNHOFER IKTSDas Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS betreibt anwen-
dungsorientierte Forschung für Hochleistungskeramik. Die drei Institutsteile in Dresden
und Hermsdorf (Thüringen) formen gemeinsam das größte Keramikforschungsinstitut
Europas.
Als Forschungs- und Technologiedienstleister entwickelt das Fraunhofer IKTS moderne
keramische Hochleistungswerkstoffe, industrierelevante Herstellungsverfahren sowie
prototypische Bauteile und Systeme in vollständigen Fertigungslinien bis in den Pilotmaß-
stab. Das Institut arbeitet in acht marktorientierten Geschäftsfeldern, um keramische
Technologien und Komponenten für neue Branchen, neue Produktideen und neue Märkte
jenseits der klassischen Einsatzgebiete zu demonstrieren und zu qualifizieren. Dazu gehö-
ren keramische Werkstoffe und Verfahren, Maschinenbau und Fahrzeugtechnik, Elektronik
und Mikrosysteme, Energie, Umwelt- und Verfahrenstechnik, Bio- und Medizintechnik,
Optik sowie die Material- und Prozessanalyse.
Der Institutsteil Materialdiagnostik erweitert das Forschungsportfolio um die Kompetenzen
Werkstoffdiagnose und -prüfung. Die Prüfverfahren aus den Bereichen Akustik, Elektro-
magnetik, Optik, Mikroskopie und Strahltechnik tragen maßgeblich zur Qualitätssicherung
von Produkten und Anlagen bei.
KOMPETENZENKeramische Werkstoffe und Oberflächen
- Hochreine dichte oder poröse Biokeramik (Al2O3, ZrO2 (ATZ, ZTA, Y-TZP), Ca3(PO4)2 und HAP)
- Offenzellige Schaumkeramik und Metallschäume
- Glas und Glaskeramik (Li2Si2O5)
- Oxid- und Nichtoxidkeramik mit gezielten elektrischen, thermischen, mechanischen und
optischen Funktionalitäten
- Komposite (Polymerkeramik) und Werkstoffverbunde (porös/dicht, Metall/Keramik)
Technologien
- Pulver- und Schlickeraufbereitung
- Gieß-, Press- und plastische Formgebungsverfahren
- Schäumungs- und Abformtechnologien für zellulare Strukturen
- CAD/CAM-Linie
- Oxidkeramische Halbzeuge (zertifiziert nach EN ISO 13485:2012)
- Plasmabeschichtung und Sol-Gel-Verfahren
- Additive Fertigungsverfahren
- Dickschicht- und Multilayertechnologie (komplette Linie für HTCC, LTCC)
- Dünnschichttechnologie (Thermal CVD, PECVD, Thermal ALD, PVD, LPD)
- Mikro- und Oberflächenbearbeitung
- Biokompatible Aufbau- und Verbindungstechnik
- Medizintechnischer Gerätebau
- Hochskalieren und Technologietransfer
Diagnose-/Therapiesysteme und Charakterisierung
- Bioelektrische, topographiebasierte, akustische und optische Messsysteme
- Biophysikalische Charakterisierung auf Nano-, Mikro- und Makroebene (TEM, SEM, AFM,
AFAM, Raman)
- In-vivo- sowie In-vitro-Analyse- und Diagnosesysteme (fluoreszenzbasierte Tumordiagnostik,
Theranostik)
- Sensor- und Aktorsysteme für Untersuchung von Stimulations- und Suppressionsprozessen
- Plasmonische Sensorsysteme
- Energieübertragungs- und Kommunikationssysteme
- Labordiagnostik in S2-Umgebung
KONTAKTGeschäftsfeld
Bio- und Medizintechnik
Dr. Jörg Opitz
Fraunhofer-Institut für
Keramische Technologien
und Systeme IKTS,
Institutsteil
Materialdiagnostik
Maria-Reiche-Straße 2,
01109 Dresden
Tel. +49 351 88815-516
joerg.opitz@
ikts.fraunhofer.de
5
5 3D-Visualisierung eines Zahns
mittels Optischer Kohärenz-
tomographie.
G E S C H Ä F T S F E L D
BIO- UND MEDIZINTECHNIK
www.ikts.fraunhofer.de
TITELBILD Gefrier-
geschäumte Daumenknochen-
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