Forschung

Im Rahmen einer Literaturstudie und einer kompakten, experimentellen Analyse fassen wir die Datenlage über partikuläre Abriebe keramischer Zahnimplantaten zusammen und setzen das Ergebnis in Beziehung zu den bekannten Daten konventioneller Titanimplantate. Experteninterviews werden im Rahmen des Projektes durchgeführt und damit ein umfassendes Bild zum Thema Bewertung und Auswahlkriterien von Implantatmaterialien im Rahmen einer Übersichtsstudie veröffentlicht.

Im Jahr 2025 werden rund 11 Milliarden Tonnen Kunststoffabfälle die Umwelt verschmutzen. Daher ist eine Kreislaufwirtschaft mit Biotransformation und biologischem Abbau von Kunststoffen auf Erdölbasis ebenso wichtig wie die Einführung biobasierter und biologisch abbaubarer Materialien. Die Umwandlung von lignozellulosehaltiger Abfallbiomasse in kommerziell wertvolle "grüne" Materialien ist ein neuer und vielversprechender Weg, um Abfälle zu minimieren, Kunststoffe zu ersetzen, unseren CO2-Fußabdruck zu verringern und eine grüne Wirtschaft zu fördern. Als Abfallressource schlagen wir Walnuss- und Pistazienschalen vor, in denen wir eine homogene Gewebestruktur entdeckt haben, die auf nur einem Zelltyp basiert: den 3-D-Puzzlezellen. Diese ineinander verschachtelten polylobaten Zellen haben eine enorme Oberfläche und ein Kanalnetz, das die Zellen miteinander verbindet. Die Homogenität, die große Oberfläche und die Kanäle machen diese Zellen für die Umwandlung in biologisch abbaubaren Biokunststoff interessant. Im Rahmen dieses POC werden wir NUTplastics direkt aus Walnussschalenzellen herstellen, die in einem tiefen eutektischen Lösungsmittel gelöst sind. Durch Zugabe von Wasser wird das Lignin regeneriert, und das Lösungsmittel kann recycelt werden. Das Ergebnis dieses geschlossenen Prozesskreislaufs ist eine Nussaufschlämmung als Basis für Biokunststoff. Um den Verbundstoff für verschiedene Anwendungen anzupassen und zu funktionalisieren, schlagen wir bakterielle Cellulosepellikel vor, die bei der Kombucha-Fermentation anfallen. Die reinen Cellulosefibrillen mit hoher Zugfestigkeit sind ein spannendes Gegenstück zu den druckoptimierten Puzzlezellen mit hohem Ligningehalt. Durch die Zugabe verschiedener Anteile von Kombucha-Zellulose werden wir die Materialeigenschaften für verschiedene Anwendungen abstimmen. Unser Ziel ist es, Kombucha-Zellulosefibrillen und Puzzle-Zellen für Textil- und Verpackungsmaterialien zu kombinieren. Durch unseren ERC Consolidator Grant haben wir tiefgreifende Kenntnisse über die Chemie und die Struktur dieser Puzzle-Zellhüllen erlangt und wollen ihre Leistungsfähigkeit in nachhaltigen Materialien nachweisen.

Die Basis für unsere Technologie ist die sogenannte Inline-Holographie-Mikroskopie. Wir strahlen kohärentes Licht durch ein transparentes Volumen mit mikroskopisch kleinen Objekten wie Bakterien, Sporen, Algen, Mikroplastik usw. darin. Diese Objekte streuen einen kleinen Teil dieses Lichts. Das gestreute Licht interferiert mit dem Beleuchtungsstrahl, wodurch Interferenzmuster entstehen, die von einer Kamera aufgenommen werden. Die in diesem Projekt weiterzuentwickelnde bahnbrechende Technologie verwendet Inline-Hologramme um das volle Lichtfeld über das gesamte Probenvolumen durch Backpropagation oder numerische Refokussierung zu berechnen. Dies bietet mehrere Vorteile: 1. Die Möglichkeit, nach der Bildaufnahme numerisch nachzufokussieren, vereinfacht die Aufnahme der Daten erheblich. 2. Zellen und Umweltpartikel können in ihrer natürlichen 3D-Umgebung beobachtet werden. 3. Es ist möglich, viel mehr Objekte gleichzeitig zu beobachten, als dies mit herkömmlicher Mikroskopie möglich ist, und es ist möglich, einen kontinuierlichen Fluss einer analysierten Flüssigkeit aufzuzeichnen. Basierend auf den mit dieser Technologie gesammelten Daten möchte Holloid Algorithmen entwickeln, die es Forschern und Umweltanalytikern ermöglichen, Bakterien und Mikropartikel gleichzeitig zu erkennen und zu quantifizieren, wobei ein Mikroskop/Sensor verwendet wird, der für die Umweltüberwachung einschließlich Grundwasser geeignet ist. Dies wird ein neues Mittel darstellen, das es den Verantwortlichen für die Wasserqualität in der Umwelt und letztendlich im Trinkwasser ermöglicht, neue Einblicke mit erheblichen Auswirkungen auf die Gesundheit unserer Ökosysteme und Menschen zu gewinnen. Schließlich können die Ergebnisse dieses Projekts die Grundlage für zahlreiche andere Anwendungen in der Umweltüberwachung und darüber hinaus bilden.