Fachbereich Biowerkstoffe

Der Fachbereich Biowerkstoffe fokussiert seine FuE-Tätigkeiten auf die Analyse und die gezielte Beeinflussung des Verhaltens von allotropen Materialien/Biomaterialien im biologischen Umfeld. Zentrales Anliegen ist dabei die anwendungsorientierte bzw. applikationsspezifische Bestimmung und Optimierung der Biofunktionalität und Biokompatibilität vorgenannter Materialien.

Die Beherrschbarkeit der strukturrelevanten und oberflächenrelevanten Interaktionen an Grenzflächen ist vor diesem Hintergrund eine essentielle Voraussetzung für innovative Entwicklungen und Produktlösungen in der Medizintechnik und Biotechnologie. Da sowohl die Eigenschaften des Biomaterials wie auch die des biologischen Zielsystems das Design und die Funktion der Grenzfläche festlegen, verfügt der Fachbereich Biowerkstoffe über alle notwendigen methodischen und infrastrukturellen Voraussetzungen, um topografische, oberflächenchemische, oberflächenphysikalische sowie biomechanische Material- bzw. Struktureigenschaften zu quantifizieren und die hierdurch induzierten molekularbiologischen, mikrobiologischen und zellbiologischen Reaktionen zu erfassen.

Das übergeordnete Ziel unserer FuE-Arbeiten besteht dabei in einer anwendungsorientierten Bereitstellung integraler Problemlösungen hinsichtlich der Charakterisierung und Funktionalisierung von allotropen Materialien/Biomaterialien bis hin zur normengerechten Medizinprodukteprüfung. Diese Expertise wird unterstützt durch langjährige Erfahrungen bei der Entwicklung von in vitro–Testsystemen/Chiplösungen und der Applikation künstlicher Intelligenz, numerischer Simulationsverfahren sowie evolutionsbasierter Designoptimierungsroutinen.

Wichtige Schlagworte: Stammzellen, Regenerative Medizin, personalisierte Medizin/Gesundheitswesen, Chiptechnologien, Interface Charakterisierung und 3D Imaging, 3D Cell-Matrix Interaktionen, TE, Mechanobiologie, KI, Deep learning

  • Projekte
    Titel Fördermittelgeber Laufzeit
    Entwicklung eines impedimetrischen Detektions-prinzips auf der Basis stimulierter Biofilmbildung und in vitro-Testung (Inlinesensor) BMWi 11.19 – 10.22
    High Performance Flüssigkeitssensoren durch SiCer: Biofunktionale Beschichtungen zur selektiven Steuerung bakterieller Initialadhäsion und Biofilmbildung sowie zellulärer Adhäsion für multi-sensorgesteuerte fluidische Applikationen (WK HIPS) BMBF 09.19 – 08.22
    3D-2PP-Scaffolds als Knochen-Knorpel-Implantate mit gezielt einstellbaren biomechanischen und bioaktiven Eigenschaften (PolyImplantDruck) BMBF 05.19 – 04.22
    3D-Druck von multimodalen Chip-Architekturen für die Tumordiagnostik auf Basis gewebeanaloger Gradientengele (3D Disease Modeling) TMWWDG 01.18 – 10.20
    Konstruktive Präsentation und biomechanische Designoptimierung einer Knieendoprothese durch Nutzung künstlicher Intelligenz (EXPERTEB) BMBF 10.17 – 09.20
    Prozess- und Anlagenentwicklung zur industrietauglichen Beschichtung von Oberflächen mit photokatalytisch aktivem Titanoxid (ProPhotoKat) BMWi 01.18 – 05.20
    Poly(2-oxazolin)-basierte Makromonomere und Photoinitiatoren als Precursor für die Herstellung von Designer-Netzwerken für die regenerative Medizin mittels der Zweiphotonen Polymerisation (2PP-Petox) DFG 04.17 – 03.20
    Entwicklung und Charakterisierung von antiadhäsiven Kombinationsschichten (TEL-PEG/POx-Betaine) auf Basis von biomimetischenTEL-Spacersystemen sowie Quantifizierung der Antifoulingkapazitätbarrierebildender Biointerfaces mit applikationsnahen in vitro-Bioadhäsionstests (Antiparam) BMBF 05.16 – 07.19
    Einfluss der räumlich bzw. zeitlich differenzierten Präsentation multipler Wachstums-faktoren in biomimetischen Multilayerbeschichtungen von Titanimplantaten auf die periimplantäre Angiogenese und Osteogenese (MultiBioAct) DFG 08.16 – 07.19
    Etablierung und Testung acrylierter organischer Bindersysteme für die Strukturierung von ATZ-Keramikdispersionen mittels 2-Photonenpolymerisation (2PP Keramik) TMWWDG 05.16 – 04.19
    Systembiologische Analyse komplexer, hierarchischstrukturierter Biosysteme durch High-Performance-Computing (Bio-HPC) TMWWDG 07.16 – 06.19
    Hydrogelbasierte 3D-Kultivierung von Zellen auf Chips für die Krebsdiagnose (INSPECT) TMWWDG 06.16 – 05.19
    Realisierung und Funktionsnachweis einer inkrustationshemmenden und antiadhäsiven lipidbasierten Beschichtung (GastroFreeFlow) BMBF 01.16 – 12.18
    High-Throughput-Charakterisierung von 3D-Zellkulturen mittels kombinierter Methoden auf der Basis der Lightsheetmikroskopie (3D-Highlight) TMWWDG 08.15 – 07.18
    Untersuchungen zum Einfluss ECM-analogerZellmatrices auf die Tumorprogression (DiaTumor) BMBF 02.13 – 03.17
    Entwicklung von neuartigen Hybridmaterialien: Mitbakterieller Nanocellulose beschichtete Keramikenals Kleingelenk-Implantate (CeKerIm) BMWiI 10.14 – 09.17
    System for Automated Cell Cultivation and Analysis (SACCA) Carl Zeiss Stiftung 07.13 – 12.17
    3D Mikro- und Nanostrukturierung photosensitiver Gläser mit Hilfe von NIR-Femtosekundenlaserstrahlung für Zellträgerstrukturen in Mikrofluidikchips (Photoglas) DFG 04.13 – 03.17
    BioMEM auf LTCC-Basis für die in vitro-Testung (LTCC) BMWi 04.15 – 09.17
    Novel biomimetic strategy for bone regeneration: Development of standard scaffolds for the rationaldesign of bioactive materials for tissue regeneration (InnovaBone) EU 11.11 – 10.15
    Toolbox aus hydrogelbasierten Beschichtungen sowie Passivierungs-, Strukturierungs- und Funktionalisierungstechniken für 3D-Biointerfaces (WKBASIS) BMBF 06.11 – 10.14
    Numerische Simulation und biologische Testungenan hochfesten Y-TZP Biokeramik Formteilen (BIOKER) BMWi 01.12 – 06.14
    Immobilisierungsmatrices für neue Biosensor-Oberflächen auf Tetraetherlipidbasis (TetraSurf) TMWWDG 04.09 – 03.12
    Optimierung von Oberflächenbeschichtungen für Harnwegskatheter basierend auf biodegradierbaren Polymerfilmen und archaebakteriellen Tetraether-lipiden (HarnwegII) BMWi 01.11 – 04.12
    Entwicklung von 3D-Textilien mit sehr großen reaktiv wirksamen Oberflächen für modulare Bioreaktorsysteme zur biologischen Abwasserreinigung (3D-Tex) BMWi 04.08 – 03.11
    Entwicklung von Oberflächenbeschichtungen für Harnwegskatheter mit antiadhäsiven, antibakteriellen und inkrustationshemmenden Eigenschaften (Harnwegskatheter) BMWi 06.07 – 11.09
    Entwicklung biomechanisch kraftflussoptimierter MMC's (Metall-Matrix-Komposite) durch numerische Simulation (MMC ́s) BMWi 04.06 – 09.08

     

     


    BMBF: Bundesministerium für Bildung und Forschung
    BMWi: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie
    DFG: Deutsche Forschungsgemeinschaft
    EU-Kommission: Europäische Kommission
    TMWWDG: Thüringer Ministerium für Wirtschaft, Wissenschaft und Digitale Gesellschaft

  • Publikationen

    Wloka T, Czich S, Kleinsteuber M, Moek E, Weber C, Gottschaldt M, Liefeith K, Schubert US: Microfabrication of 3D-Hydrogels via two-photon polymerization of poly(2-ethyloxazoline) diacrylates. European Polymer Journal. 122 (109295) 2020.

    Hauptmann N, Lian Q, Ludolph J, Rothe H, Hildebrand G, Liefeith K. Designer Scaffolds for Tissue Engineering Applications made of D,L-Lactide-ɛ-Caprolactone Co-polymers by 2-Photon Polymerization. Tissue Engineering Part B. (2019) 25:3.

    Brokmann U, Milde T, Rädlein E, Liefeith K. Fabrication of 3D microchannels for tissue engineering in photosensitive glass using NIR femtosecond laser radiation. Bio-medical Glasses (2019) 5:34-45.

    Bartsch H, Peipmann R, Himmerlich M, Frant M, Rothe H, Liefeith K, Witte H.: Surface properties and biocompatibility of thick film materials used in ceramic bioreactors. Acta Biomaterialia. 5.100213.2019.

    Böhrsen F, Krier M, Grohmann S, Hauptmann N, Frant M, Liefeith K, Schliephake H. MSC differentiation on two-photon polymerized, stiffness and BMP2 modified biological copolymers. Biomedical Materials (2019) 14:1-12.

    Liefeith K, Frant M, Müller U, Stenstad P, Johnsen H, Schmid R. Archaeal tetrae-ther lipid coatings - A strategy for the development of membrane analog spacer sys-tems for the site-specific functionalization of medical surfaces. Biointerphases (2018) 13.

    Frant M, Dayyoub E, Bakowsky U, Liefeith K: Evaluation of a ureteral catheter coating by means of a BioEncrustation in vitro model. International Journal of Pharmaceutics. 546.86-96.2018.

    Grohmann S, Menne M, Hesse D, Bischoff S, Schiffner R, Diefenbeck M, Lie-feith K. Biomimetic multilayer coatings deliver gentamicin and reduce implant-related osteomyelitis in rats. Biomed Eng-Biomed Tech. (2018) 1-13.

    Strickstrock M, Grohmann S, Rothe H, Hildebrand G, Liefeith K: Influence of surface roughness of dental zirconia implants on their mechanical stability, cell behavior and osseointegration. BioNanoMat. DOI 10.1515/bnm-2016-0013.2017.

    Liefeith K, Rothe H, Frant M, Schade R: Surface Characteristics and Biofilms. In: Biofunctional Surface Engineering. Editor: Scholz M. ISBN: 978-981-4411-60-8, Chapter 5, 73-120, 2014.

  • Mitarbeiter
    Prof. Dr.-Ing. Klaus Liefeith