Beleg- und Diplomaufgaben
Solvothermale Herstellung einer piezomagnetischen und piezoelektrischen Verbundbeschichtung auf Implantatwerkstoffen
Bachelor oder Diplom
Längst werden defekte Gelenke und großflächige zertrümmerte Knochensegmente mit Scaffolds und Implantaten ersetzt. Die Implantate kommen dabei den morphologischen, strukturellen und mechanischen Eigenschaften des zu ersetzenden biologischen Gewebes sehr nahe. Es ist jedoch noch nicht gewährleistet, dass die Implantate auch den Transfer bioelektrischer Signale übernehmen, der zur Stimulation bestimmter physiologischer Funktionen wie der Steuerung des Knochenwachstums notwendig wäre und wie es dem biologischen Knochenmaterial naturgemäß eigen ist. Bis heute wird an Oberflächenstrukturierungen oder Implantatbeschichtungen geforscht, die die Osseointegration (Einheilung und Neuformatierung des Knochens) der körperfremden Werkstoffe unterstützen oder gar beschleunigen können. Die Remodellierung von Knochengewebe zur Aufrechterhaltung seiner Funktionsfähigkeit ist ein dynamischer Prozess, welcher in Abhängigkeit veränderlicher mechanischer Anforderungen sehr individuell gesteuert wird. Allgemein wird angenommen, dass elastische Verformungen, die das Knochengewebe erfährt, in elektrische Oberflächenladungen transponiert werden und unter anderem die Interaktionen von Ionen und Salzen in der Umgebung und somit die Proteinadhäsion und das damit einhergehende Verhalten der Zellen beeinflussen. Inhalt der Arbeiten ist die Entwicklung einer multiferroischen Verbundbeschichtung unter Verwendung piezomagnetischer und piezoelektrischer Keramiken. Die Arbeiten beinhalten die Planung und Studien zu solvothermalen Synthesereaktionen zu piezomagnetischem Cobaltferrat auf Titan sowie dessen Kombination als Verbundbeschichtung mit piezoelektrischem Bariumtitanat (BaTiO3). Dafür werden verschiedenen Lösungsansätze mittels Solvothermalsynthese verfolgt und in Abhängigkeit der Reaktionsparameter (z.B. Reagenzien, Lösungskonzentration, Temperatur, Druck…) variiert.
Kontakt: Dr. Ute Bergmann
Biomimetische Beschichtung von Metalloberflächen zur Vermeidung von Eisadhäsion
Kleiner oder Großer Beleg
Es gibt Lebewesen, die ein teilweises Gefrieren ihrer Körperflüssigkeit tolerieren können und bei Temperaturen deutlich unter dem Gefrierpunkt des Wassers überleben. Teilweise können derartige Lebewesen eine Symbiose mit Bakterien bilden, die das Kristallisationsverhalten von Flüssigkeiten steuern oder aber sie können mittels Antigefrierproteinen den Gefrierpunkt ihrer Körperflüssigkeiten in bestimmten Grenzen herabsetzen. Mit zunehmendem Verständnis des Wirkmechanismus dieser Proteine bzw. Oberflächenmembrane können neuartige Herangehensweisen für die Lösung technischer Probleme gefunden werden. Bekannt ist z.B. der direkte Einsatz von Antigefrierproteinen als Additiv in technischen Kältemitteln und der Einsatz eisnukleierender Bakterien für die Erzeugung von künstlichem Schnee. Eine biomimetische Adaption des beschriebenen Wirkprinzips als Oberflächenbehandlung von Metallen erscheint aussichtsreich zur Vermeidung von Eis- und Reifbildung. Der Ansatzpunkt der Arbeit ist es, metallische Oberflächen mit Methoden der Kolloidchemie biomimetisch zu funktionalisieren. Die vorgestellte Thematik ermöglicht Einblicke in materialwissenschaftliche, und chemische Untersuchungmethoden. Als Grundlage dieses Vorhabens dienen zunächst cryologische Untersuchungen des Vereisungsverhaltens silanisierter Metalloberflächen. In deren Folge soll das Eis-Adsorptionsverhalten geeignet erscheinender Beschichtungen auf unterschiedlich vorbehandelten Aluminiumsubstraten analysiert werden und den mittels Rasterelektronenmikroskopie und Atomkraftmikroskopie ermittelten Schichtparametern gegenübergestellt werden.
Kontakt: Dr. Ute Bergmann