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Gut fürs Herz, gut für die Knochen

In der Medizintechnik arbeiten Mediziner, Tiermediziner und Ingenieurwissenschaftler eng zusammen, denn neue Werkstoffe, Werkzeuge und Fertigungsverfahren sind für den Erfolg entscheidend. Viele der Medizintechnik-Projekte, die am PZH bearbeitet werden, wurden im Rahmen des Sonderforschungsbereichs Biomedizintechnik begonnen, der Anfang 2015 nach zwölf Jahren ausgelaufen ist. 

Die Magnesiumschwämme der Wissenschaftler am PZH beispielsweise eignen sich hervorragend als Implantate bei Knochenbrüchen, denn sie lösen sich im Körper der Patienten auf, wenn der Knochen geheilt ist. Neue bioresorbierbare Magnesium-Legierungen sollen künftig auch als Stützgeflechte auf den Herzmuskel genäht oder bei der Operation chronischer Nasennebenhöhlenentzündungen als Stent eingesetzt werden. 

Endoprothesen, Prothesen im Körper also, sollen dagegen eine möglichst lange Lebensdauer haben. Das Ziel der Medizintechnik-Forscher ist es, komfortable und verschleißarme Lösungen zu entwickeln. 

Medizintechnik-Forschung am PZH

SFB 599 - Teilprojekt R7: Stabilisierende Magnesiumstrukturen zur Unterstützung von kardiovaskulärem Gewebeersatz im Hochdrucksystem

Bild zum Projekt SFB 599 - Teilprojekt R7: Stabilisierende Magnesiumstrukturen zur Unterstützung von kardiovaskulärem Gewebeersatz im Hochdrucksystem
Kontakt:Projekteiw.uni-hannover.de
Laufzeit:01/2007 - 12/2014
Förderung durch:DFG
Kurzbeschreibung:Im Teilprojekt R7 des SFB 599 werden bioresorbierbare Stützstrukturen aus Magnesiumbasis entwickelt, die zur temporären Stabilisierung von biologischen Patchmaterialien im Bereich der Aorta oder des Myokards genutzt werden sollen.
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SFB 599 - Teilprojekt R1: Entwicklung von biokompatiblen Magnesiumlegierungen und Untersuchung von deren Degradationsverhalten

Bild zum Projekt SFB 599 - Teilprojekt R1: Entwicklung von biokompatiblen Magnesiumlegierungen und Untersuchung von deren Degradationsverhalten
Kontakt:Projekteiw.uni-hannover.de
Laufzeit:01/2003 - 12/2014
Förderung durch:DFG
Kurzbeschreibung:Im Rahmen des Teilprojektes werden Legierungen für degradable Implantate auf Magnesiumbasis entwickelt. Diese Implantatwerkstoffe sollen sowohl für den Hart- (hohe Festigkeit) als auch für den Weichgewebeeinsatz (hohe Duktilität) geeignet sein. Innerhlab des Projektes soll ein resorbierbarer Nasennebenhöhlen-Stent realisiert werden.
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SFB 599 - Teilprojekt DR1: Mg-Verbindungen auf Dauerimplantaten

Bild zum Projekt SFB 599 - Teilprojekt DR1: Mg-Verbindungen auf Dauerimplantaten
Kontakt:Projekteiw.uni-hannover.de
Laufzeit:01/2011 - 12/2014
Förderung durch:DFG
Kurzbeschreibung:Kurzbeschreibung: In diesem Teilprojekt werden spezielle, kontrolliert degradierbare Hydroxidverbindungen als Beschichtungen auf bekannte Dauerimplantatwerkstoffe aufgebracht, um so diese osteoproliferative Wirkung zu nutzen und eine verbesserte Prothesenverankerung zu erreichen.
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SFB 599 - Teilprojekt R8: Steuerung der Degradation und Wirkungsmechanismen von medizinischen Implantaten aus Magnesiumlegierungen

Bild zum Projekt SFB 599 - Teilprojekt R8: Steuerung der Degradation und Wirkungsmechanismen von medizinischen Implantaten aus Magnesiumlegierungen
Kontakt:Projekteiw.uni-hannover.de
Laufzeit:01/2011 - 12/2014
Förderung durch:DFG
Kurzbeschreibung:Innerhalb dieses Teilprojektes sollen die Abbaukinetiken und die Wirkung von Magnesium auf einzelne Zelltypen und Gewebe untersucht und mechanistisch verstanden werden.
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SFB 599 - Teilprojekt R6: Degradable Osteosynthese-Systeme

Bild zum Projekt SFB 599 - Teilprojekt R6: Degradable Osteosynthese-Systeme
Kontakt:Projekteiw.uni-hannover.de
Laufzeit:01/2003 - 12/2014
Förderung durch:DFG
Kurzbeschreibung:Das Teilprojekt hat das Ziel, optimale degradable Implantate aus Magnesiumlegierungen für die Osteosynthese am belastetet Knochen zu entwickeln.
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SFB 599 - Teilprojekt D12: Dentale Keramiken und Komposite

Bild zum Projekt SFB 599 - Teilprojekt D12: Dentale Keramiken und Komposite
Kontakt:Projekteiw.uni-hannover.de
Laufzeit:01/2011 - 12/2014
Förderung durch:DFG
Kurzbeschreibung:Im Teilprojekt D12 des SFB 599 soll die Langzeitprognose dentaler Implantatkonstruktionen verbessert werden, indem die Degradationsstabilität eingesetzter ZrO2-Keramiken untersucht wird. Dazu werden für die dentale Prothetik typisch verwendete ZrO2-Keramiken hergestellt und oberflächennah durch z.B. Diffusionsprozesse funktionalisiert, um die Degradationsstabilität zu erhöhen.
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ZIM Kooperationsprojekt WesKo: Entwicklung eines Werkzeuges für die spanende Knochenbearbeitung zur Vermeidung thermisch induzierter Osteonekrose

Bild zum Projekt ZIM Kooperationsprojekt WesKo: Entwicklung eines Werkzeuges für die spanende Knochenbearbeitung zur Vermeidung thermisch induzierter Osteonekrose
Kontakt:heringifw.uni-hannover.de
Laufzeit:07/2014 - 06/2016
Förderung durch:AIF Projekt GmbH
Kurzbeschreibung:Bei orthopädischen Eingriffen, welche die spanende Bearbeitung von Knochen beinhalten, ist ein postoperativer Misserfolg häufig eine Folge der verursachten Gewebeschädigungen. Die Hauptursache liegt hierbei in der Wärmeentwicklung am Knochen während des Bohrprozesses. Das Projektziel ist die Temperaturentwicklung bei der Knochenzerspanung durch geeignete Innenkühlmethoden zu reduzieren.
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Entwicklung einer multifunktionalen Leichtbau-Knieexartikulationsprothese (MultiPro)

Bild zum Projekt Entwicklung einer multifunktionalen Leichtbau-Knieexartikulationsprothese (MultiPro)
Kontakt:ecklifw.uni-hannover.de
Laufzeit:03/2008 - 02/2011
Förderung durch:Förderung durch das BMBF
Kurzbeschreibung:Im Rahmen des Projektes MultiPro wurden Konzepte für funktionsintegrierte Knieexartikulationsprothesen in Leichtbauweise erarbeitet. Am IFW entstand ein Prothesenprototyp mit einer parallelkinematischen Struktur, dessen Funktionsfähigkeit mit Hilfe von Prüfstandsversuchen nachgewiesen wurde.
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SFB 599 – Teilprojekt D9: Biomimetische Keramiken

Bild zum Projekt SFB 599 – Teilprojekt D9: Biomimetische Keramiken
Kontakt:muellerifw.uni-hannover.de
Laufzeit:01/2007 - 12/2010
Förderung durch:Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Kurzbeschreibung:Ziel des Projektes war die Entwicklung neuer biomimetischer Hybridmaterialien nach dem Bauprinzip des Perlmutts, bestehend aus Polymeren und anorganischen Nanoteilchen. Diese Komposite wurden am IFW grundlegend hinsichtlich ihrer Bearbeitbarkeit untersucht. Darüber hinaus wurden geeignete Bearbeitungswerkzeuge und -prozesse entwickelt.
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Rechnergestützte Auslegung, Fertigung und Implantation von patientenindividuellen Patellaimplantaten

Bild zum Projekt Rechnergestützte Auslegung, Fertigung und Implantation von patientenindividuellen Patellaimplantaten
Kontakt:boessifw.uni-hannover.de
Laufzeit:06/2012 – 03/2015
Förderung durch:AiF Projekt GmbH
Kurzbeschreibung:Beim endoprothetischen Kniegelenkersatz wird derzeit die Rückseite der Patella mit einem standardisierten PE-Implantat versehen, was post-operativ häufig zu Schmerzen führt. Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines Verfahrens zur OP-parallelen Anpassung und Implantation von patientenindividuellen Patellaimplantaten. Die Formgebung soll dabei an Anatomie und Bewegungsdynamik angepasst werden. Darüber hinaus sollen computer¬gestützte Navigationssysteme den Chirurgen bei der Platzierung unterstützen.
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ZIM Kooperationsprojekt Polibrush: Anpassungsfähige Polierbürsten für die konturtreue Bearbeitung medizinischer Hochleistungswerkstoffe

Bild zum Projekt ZIM Kooperationsprojekt Polibrush: Anpassungsfähige Polierbürsten für die konturtreue Bearbeitung medizinischer Hochleistungswerkstoffe
Kontakt:wippermannifw.uni-hannover.de
Laufzeit:07/2012 – 06/2014
Förderung durch:AIF Projekt GmbH
Kurzbeschreibung:Im Rahmen des Projektes wird ein neues Werkzeugkonzept zum Polieren von Zahnersatzmaterialien entwickelt, das besonders nachgiebig und somit anpassungsfähig ist, aber dennoch definiert verschleißt. Hierdurch ist es möglich, selbst komplexe Geometrien ggf. automatisiert sehr konturgetreu zu bearbeiten. Weiterhin ist das Werkzeug sterilisierbar und kann sowohl im Labor als auch am Patienten eingesetzt werden.
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SFB 599 – Teilprojekt T4: Innenformschleifen von Biokeramiken

Bild zum Projekt SFB 599 – Teilprojekt T4: Innenformschleifen von Biokeramiken
Kontakt:tatzigifw.uni-hannover.de
Laufzeit:11/2012 – 04/2015
Förderung durch:Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Kurzbeschreibung:Im Projekt T4 werden die Erkenntnisse über die Schleifbearbeitung keramischer Kniegelenksendoprothesen aus dem Projekt D4 erweitert. Das Anwendungsszenario ist die Bearbeitung der Innenseite einer Femurkomponente, die aufgrund von Hinterschnitten sowie komplexen und konkaven Flächen an ihre Grenzen stößt. In Zusammenarbeit mit dem Industriepartner werden Werkzeuge und Prozesse entwickelt, die den spezifischen Randbedingungen gerecht werden und eine prozesssichere sowie wirtschaftliche Bearbeitung ermöglichen.
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SFB 599 – Teilprojekt D4: Keramikimplantate

Bild zum Projekt SFB 599 – Teilprojekt D4: Keramikimplantate
Kontakt:muellerifw.uni-hannover.de
Laufzeit:01/2010 – 12/2014
Förderung durch:Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Kurzbeschreibung:Eine automatisierte Bearbeitung und Prüfung von keramischen Freiformflächen erhöht die Lebensdauer von Implantaten. In diesem Projekt wird die Bearbeitungstechnologie für ein vollkeramisches verschleißarmes Kniegelenk entwickelt. Am IFW werden hierfür die grundlegenden Mechanismen des 5-achsigen Schleifens und Polierens von keramischen Freiformflächen mit angepassten Werkzeugen analysiert und Strategien zur Fertigung erforscht.
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SFB 599 – Teilprojekt T3: Fertigung resorbierbarer Interferenzschrauben

Bild zum Projekt SFB 599 – Teilprojekt T3: Fertigung resorbierbarer Interferenzschrauben
Kontakt:helmeckeifw.uni-hannover.de
Laufzeit:01/2010 - 12/2013
Förderung durch:Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Kurzbeschreibung:nterferenzschrauben werden zur operativen Fixierung von Sehnen oder Bändern am Knochen nach einer entsprechenden Verletzung eingesetzt. Im Rahmen dieses Projekts werden das Design und die Prozesskette zur Herstellung von Interferenzschrauben aus Magnesium-legierungen entwickelt. Diese bieten im Gegensatz zu herkömmlich eingesetzten resorbierbaren Polymeren bessere mechanische Eigenschaften, eine bessere Biokompatibilität sowie die Möglichkeit die Degradationsrate durch fertigungsinduzierte Oberflächen und Randzoneneigenschaften gezielt einzustellen.
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SFB 599 – R6: Degradable Osteosynthese-Systeme

Bild zum Projekt SFB 599 – R6: Degradable Osteosynthese-Systeme
Kontakt:heringifw.uni-hannover.de
Laufzeit:01/2010 – 12/2014
Förderung durch:Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Kurzbeschreibung:Im Rahmen des Projektes werden degradable Implantate aus Magnesiumlegierungen entwickelt. Zur Fixierung von Knochenbrüchen kommen einerseits Platten-Schraubensysteme und andererseits Marknägel in Frage. Ziel ist es, die Korrosion durch die mechanische Bearbeitung so zu beeinflussen, dass das Implantat mit zunehmender Knochenheilung definiert an Stabilität verliert. Da das Material vollständig resorbiert wird, ist eine zweite Operation zur Entfernung des Implantates überflüssig.
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TR37 - B5 - Magnetische Polymer-Nanopartikel

Bild zum Projekt TR37 - B5 - Magnetische Polymer-Nanopartikel
Kontakt:kaiserimpt.uni-hannover.de
Laufzeit:2007 - 2011
Förderung durch:Deutsche Forschungsgemeinschaft
Kurzbeschreibung:Im Rahmen des TR37 - B5 werden von der Klinik und Poliklinik für Herzchirurgie der Universität Rostock und dem Institut für Mikroproduktionstechnik (IMPT) der Leibniz Universität Hannover neue Methoden entwickelt, bei denen durch gezielte Manipulation von magnetischen Nanopartikeln neue Anwendungen und Untersuchungsmöglichkeiten in der Medizintechnik ermöglicht werden.
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Numerische Simulation zum belastungsgerechten Design von Totalendoprothesen und Implantaten

 
Kontakt:almohallamiifum.uni-hannover.de
Laufzeit:3 Jahre
Förderung durch:SFB599 – Teilprojekt D6
Kurzbeschreibung:Die aseptische Lockerung des künstlichen Gelenkersatzes kann u.a. durch eine Belastungsabschirmung im periprothetischen Knochengewebe sowie durch Verschleiß in den Gleit-komponenten Kugel/Pfanne verursacht werden. Im Rahmen dieses Teilprojektes werden die Problematiken der beanspruchungsadaptiven Knochenumbauprozesse nach einer Hüftarthroplastie sowie des Materialverschleißes der Prothesengleitkomponenten aufgegriffen. Ziel ist hierbei die Entwicklung und Etablierung einer simulationsgestützten Methode zur Berechnung dieser Effekte.
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SFB 599 – T5: „Entwicklung von Methoden zur Herstellung und automatisierten Bearbeitung schädigungstoleranter, gehipter ZrO2-Keramiken für Dentalanwendungen“

Bild zum Projekt SFB 599 – T5: „Entwicklung von Methoden zur Herstellung und automatisierten Bearbeitung schädigungstoleranter, gehipter ZrO2-Keramiken für Dentalanwendungen“
Kontakt:wippermannifw.uni-hannover.de
Laufzeit:11/2013 – 10/2016
Förderung durch:DFG-Förderung
Kurzbeschreibung:Dentalrestaurationen werden heute in einer zeit- und kostenintensiven Prozesskette hergestellt. Zudem ist ein HIP-Prozess (heißisostatisches Pressen), welcher die Materialeigenschaften aufgrund höherer Verdichtung und Gefügeveränderung optimiert, ist heutzutage nicht Teil der Prozesskette.
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Zukunftsfähige bioresorbierbare und permanente Implantate aus metallischen und keramischen Werkstoffen

 
Kontakt:betancurifum.uni-hannover.de
Laufzeit:3 Jahre
Förderung durch:DFG, SFB 599
Kurzbeschreibung:Die Implantation einer Hüfttotalendoprothese ist ein operativer Eingriff, der in Deutschland häufig aufgrund eines fortgeschrittenen Hüftgelenkschadens sowohl beim Menschen als auch beim Hund durchgeführt wird. In Zusammenarbeit mit der Medizinischen und Tierärztlichen Hochschule Hannover wird interdisziplinär das Wissen der Human- und Tiermedizin sowie der Ingenieurswissenschaften zusammengeführt, um die Implantattechnologie zum Wohle der Patienten voranzutreiben.
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Cochlea-Implantation: Evaluation der Dissolution der Platin-Elektroden und Entwicklung stabiler Elektrodenparameter für die neurale Stimulation

Bild zum Projekt Cochlea-Implantation: Evaluation der Dissolution der Platin-Elektroden und Entwicklung stabiler Elektrodenparameter für die neurale Stimulation
Laufzeit:08/2013-11/2016
Förderung durch:DFG
Kurzbeschreibung:Untersucht wird eine Beeinträchtigung der Hörleistung mit Cochlea-Implantaten nach unbestimmter Zeit. Gleichzeitig gibt es eine nicht nachvollziehbare Impedanzerhöhung an den Stimulations-Elektroden, welche durch eine Erhöhung des Stimulationsstroms ausgeglichen werden kann. Dabei besteht jedoch die Gefahr der Elektrolyse oder Auflösung der Platinelektroden und damit die Zerstörung des Implantats. Als Arbeitspunkte stehen die werkstoffkundliche und histologische Analyse defekter, explantierter Elektrodenarrays und In-vitro-Versuche mit definierter Stimulation von Elektroden in unterschiedlichen elektrolytischen Medien (SBF, NaCl 0,9%) und Variation der Stimulationsparameter (Amplitude, Pulsfrequenz,…) zur Nachbildung der realen Einsatzbedingungen der Implantate. Ziel ist die Ermittlung eines sicheren Korridors für die Stimulationsparameter der Platinelektroden.
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Grenzflächeneffekte und Einwachsverhalten von Magnesiumschwämmen als bioresorierbares Knochenersatzmaterial

Bild zum Projekt Grenzflächeneffekte und Einwachsverhalten von Magnesiumschwämmen als bioresorierbares Knochenersatzmaterial
Laufzeit:09/2015-08/2018
Förderung durch:DFG
Kurzbeschreibung:Im Rahmen dieses Teilprojektes werden schwammartige Strukturen aus diversen Magnesiumlegierungen mittels Feinguss hergestellt. Durch Variation der Legierungselemente und Beschichtungen werden die Grenzflächeneffekte, wie die Degradation und das Anwachsen von Zellen, und die Biokompatibilität eingestellt. Die fertigen Implantate (gegossen und z.T. beschichtet) werden sowohl in einer Körperersatzflüssigkeit, als auch in Zusammenarbeit mit der Chirurgischen und Gynäkologischen Kleintierklinik der Ludwig-Maximilians-Universität München in vivo analysiert. Dabei können sich die Eigenschaften, vor allem die mechanischen Kennwerte, mit der Degradation stark verändern. Diese werden im Laufe der Degradation, wie auch das Korrosionsverhalten und die Biokompatibilität, analysiert. Ziel dieses Projektes ist die Herstellung von Knochenimplantaten auf Magnesiumbasis. Der Vorteil von Magnesium ist, dass es nicht toxisch und bioabsorbierbar ist, das heißt es wird vom Körper ohne eine schädliche Wirkung vom Körper abgebaut, während der Knochen in die poröse Schwammstruktur eindringen kann. In diesem Fall wird eine zweite Operation eingespart und die Gefahr für Komplikationen und mögliche Schäden im Körper reduziert.
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SFB Transregio 84 – Transferprojekt T1: Anfertigung und Kultivierung hochpräziser nativer Gewebeschnitte mittels Hochdruck-Wasserstrahltechnik für die intravital-mikroskopische Langzeituntersuchung von Mechanismen der angeborenen Immunität der humanen Lunge

Bild zum Projekt SFB Transregio 84 – Transferprojekt T1: Anfertigung und Kultivierung hochpräziser nativer Gewebeschnitte mittels Hochdruck-Wasserstrahltechnik für die intravital-mikroskopische Langzeituntersuchung von Mechanismen der angeborenen Immunität der humanen Lunge
Laufzeit:03/2014-02/2016
Förderung durch:DFG
Kurzbeschreibung:Das Modell der Kultivierung und Infektion von nativem humanem Lungengewebe ist ein besonderer Schwerpunkt des SFB-TR84. Anhand dieses Modells ist es möglich Fragestellungen der angeborenen Immunität im Rahmen der Pathogen-Wirts-Interaktion in menschlichem Lungengewebe zu adressieren. Darüber hinaus ist es jedoch von besonderer wissenschaftlicher Bedeutung, diese Infektionsprozesse unter Echtzeitbedingungen mikroskopisch verfolgen zu können (Intravitalmikroskopie). Zur Probenpräparation erscheint das Wasserstrahlschneiden als sehr vielversprechend. Hierbei kann die Schnittfugenbreite bis auf ca. 80 μm minimiert werden. Dieses hat zur Folge, dass komplexe Geometrien mit feinsten Konturen, spitzen Winkeln und engen Radien gefertigt werden können. Des Weiteren unterdrückt die Kühlung durch das Fluid die Zellschädigung im Vergleich zu anderen Bearbeitungsverfahren wie zum Beispiel des Lasers, wodurch es sich ideal eignet lebende Gewebe schadfrei zu schneiden. Der Schneideprozess findet ohne direkten Werkzeugkontakt statt. Aus diesem Grund kann das Werkzeug als nahezu verschleißfrei betrachtet werden und die Einhaltung der notwendigen Sterilität erleichtert werden.
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