Struktur und Eigenschaften biologischer Materialien
Biologische Materialien weisen typischerweise eine komplexe hierarchische Struktur auf, die optimal an bestimmte Funktionen und spezifische Belastungsmuster angepasst ist. Besonders ausgeprägt ist die strukturelle Optimierung in Hochleistungs-Leichtmaterialien wie Knochen oder Holz, aber auch in Zähnen, Muschelschalen oder Insektenhaut. Wir untersuchen den Einfluss der Struktur auf das Verformungsverhalten biologischer Verbundwerkstoffe auf mehreren Längenskalen. Ein besonderes Augenmerk liegt auf Holz. Durch die Kombination von Zugversuchen, Bruchmechanik und Strukturuntersuchungen mit Elektronenmikroskopie und Streumethoden zielen wir auf ein systematisches Verständnis des Zusammenhangs zwischen Struktureigenschaften und mechanischer Performance ab. Dieses Wissen ist die Basis für die Entwicklung neuer, bio-inspirierter Materialien. Kontakt: H. Lichtenegger, G. Sinn
Biokompatible und bioresorbierbare Implantatwerkstoffe
Medizinische Implantatmaterialien müssen extrem hohen Anforderungen an Biokompatibilität, Stabilität und Langzeitverhalten im Körper genügen. Wir untersuchen die mechanischen Eigenschaften und die Degradierung von Implantatmaterialien ebenso wie von biologischen Geweben, mit speziellem Fokus auf Knochen. Da Knochen ein höchst anpassungsfähiges Material ist, reagiert er auf lokale Veränderungen der Last durch Umbau und Veränderung in Form und Struktur. Für unsere Untersuchungen verwenden wir eine Reihe von modernen Methoden wie Mikro- und Nanoindentierung, Elektronenmikroskopie, mechanische Tests, Röntgenstreuung etc., um zur Entwicklung von Implantatmaterialien beizutragen, wie z.B. zu neuen bio-resorbierbaren Materialien, die mit der Zeit durch Knochengewebe ersetzt werden. Kontakt: H. Lichtenegger
Bio-inspirierte Materialien
In der Natur werden Hochleistungs-Leichtbauwerkstoffe mit maßgeschneiderten mechanischen Eigenschaften durch außerordentliche Kontrolle der Struktur auf allen Größenskalen bis hinunter auf die Nanometerebene erhalten. Materialien wie Insektenhaut, Holz oder Knochen sind Faserverbundwerkstoffe, die sich durch eine streng kontrollierte Anordnung und Vorzugsausrichtung der Strukturkomponenten auszeichnen. Wir konzentrieren uns auf die Untersuchung und Entwicklung bio-inspirierter Nanoverbundwerkstoffe, die natürlichen Prinzipien folgen, indem eine kontrollierte Anordnung und/oder Orientierung von Nanofüllstoffen eingesetzt wird - entweder in bio-basierenden Systemen, Hybridsystemen oder mit rein synthetischen Komponenten (z.B. Kohlenstoffnanoröhrchen) – für die Entwicklung neuer Materialien mit maßgeschneiderten mechanischen Eigenschaften, wie z.B. leichte Nanoverbunde für Luft- und Raumfahrt. Kontakt: H. Lichtenegger