Biomechanik und Implantatdesign

Das Forschungsfeld Biomechanik und Implantatdesign umfasst die Entwicklung, Konstruktion und Fertigung von Implantaten. Insbesondere kardiovaskuläre Implantate sowie Implantate für die Augen- und Hals-Nasen-Ohrenheilkunde und weitere Applikationsfelder werden adressiert.

Grundlage ist die Charakterisierung von Implantatwerkstoffen, insbesondere Polymermaterialien, wobei statische und dynamisch-mechanische Untersuchungen (z.B. dynamische-mechanische Analysen, Dauerfestigkeitsuntersuchungen und dynamische Degradation), thermische Analysen (bspw. mittels DSC und TGA) sowie Untersuchungen zur Mikrostruktur (u.a. Rasterelektronenmikroskopie, Mikro-CT, konfokale Laser-Scanning-Mikroskopie, materialographische Schliffpräparationen) Bestandteile des Methodenspektrums sind. Zudem dienen mechanische Untersuchungen von biologischem Gewebe als Grundlage für biomimetische Entwicklungsansätze und die Auslegung von Implantatentwicklungen.

Weiterhin werden bioabbaubare und permanente Implantathalbzeuge, -prototypen und -beschichtungen gefertigt sowie vielfältige Prozesstechnologien entwickelt und erprobt. Beispielhaft sind hier das Elektrospinning und -spraying, die Extrusion, Tauchprozesse aus der Lösung, CNC-Fertigung, Laserschneiden, 3D-Druck sowie die Airbrush-Technologie zu nennen.

Ein weiterer Schwerpunkt ist die Entwicklung leistungsfähiger Prüfmethoden und Prüfaufbauten zur biomechanischen Charakterisierung neuer Implantatsysteme und –prototypen unter Berücksichtigung physiologischer Medien und Lasten.

Neben experimentellen Untersuchungen kommen im Rahmen der werkstoffgerechten Designentwicklung neuer Implantate auch numerische Methoden, insbesondere die Finite-Elemente-Methode zur strukturmechanischen und biomechanischen Analyse, zum Einsatz. Diese Simulationen ermöglichen eine entwicklungsbegleitende Evaluation und Optimierung der mechanischen Eigenschaften.