Werkstoff-Preis der Schott AG geht an Julius Rubers

Julius Rubers (Zweiter von rechts) erhielt den Werkstoffpreis. Maria Gaudig und Stephan Krause (Zweiter von links) wurden ebenfalls geehrt von Roland Langfeld (rechts) und Ralf Wehrspohn (links). Fraunhofer IMWS

Dr. Roland Langfeld, R&D Consultant der SCHOTT AG und Vorsitzender des Kuratoriums des Fraunhofer IMWS, überreichte den Preis. »Die eingereichten Beiträge repräsentierten auch in diesem Jahr die große thematische Vielfalt und hohe wissenschaftliche Qualität der Arbeiten am Fraunhofer IMWS.

Die Arbeit von Julius Rubers ragte dabei heraus, weil sie eine sehr hohe Anwendungsorientierung hat und teilweise völlig neue Lösungswege gefunden wurden. 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 Adhäsions-Optimierung.

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.

»Ich freue mich sehr über den Preis für meine Masterarbeit und sehe die Auszeichnung als Ansporn für meine künftige wissenschaftliche Tätigkeit. Am Fraunhofer IMWS habe ich 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«, sagte Rubers.

Mit jeweils 500 Euro wurden zwei weitere Arbeiten prämiert. 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 Nano-Texturierung 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.

Über das Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS

Die zentrale Herausforderung der Menschheit im 21. Jahrhundert ist die Nachhaltigkeit aller Lebensbereiche, insbesondere der effiziente Umgang mit begrenzten Rohstoffen. Das Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS betreibt angewandte Forschung im Bereich der Materialeffizienz und ist Impulsgeber, Innovator und Problemlöser für die Industrie und für öffentliche Auftraggeber in den Bereichen Zuverlässigkeit, Sicherheit, Lebensdauer und Funktionalität von Werkstoffen in Bauteilen und Systemen. Die Kernkompetenzen liegen im Bereich der Charakterisierung von Werkstoffen bis auf die atomare Skala sowie in der Materialentwicklung.

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