Biologisierte Materialien und Strukturen

Frei nach dem Leitsatz »Arbeiten mit den Errungenschaften, die Mutter Natur bietet« beschäftigt sich die Gruppe »Biologisierte Materialien und Strukturen« mit der Entwicklung von

• biomimetischen, personalisierten Knochenersatzmaterialien,
• bioinspirierten Mineralisierungsverfahren,
• lebenden (Bau)Materialien (LBM) sowie
• nachhaltigen »Green Manufacturing«-Technologien (u.a. Kaltsinterverfahren) und stellt
• Expertise bezüglich Strukturgebungsverfahren, Metal-Organic-Frameworks (MOFs) und wissenschaftlichem Stand-der-Technik zur Verfügung.

Die Arbeitsgruppe »Biologisierte Materialien und Strukturen« bietet ihren Forschungspartnern und Kunden in gemeinsamen Projekten ihre Expertise. Gerne entwickeln wir mit Ihnen neue Ideen und erschließen sowohl in Machbarkeitsstudien als auch spezifischen Produktentwicklungen gemeinsam neue Themenfelder und industrielle Anwendungen.

Forschungs- und Kooperationsangebot

• Patente auf die Gefrierschäumung und auf poröse Knochenersatzmaterialien/-materialmischungen
• Biokompatible und bioabbaubare Knochenersatzmaterialien
• Personalisierte Implantatstrukturen
• Erforschung von Biokeramiken und Biopolymeren in Kombination mit Zellmaterial
• Bioinspirierte Materialsynthese
• In-situ-Mineralisierung und -Biologisierung
• Entwicklung von LBM (living building materials) innerhalb und außerhalb biomedizinischer Anwendungsfelder bspw. als nachhaltige Bau- und Konstruktionsmaterialien
• Verfahrensentwicklung zum Gefrierschäumen, zu endformnahen Formgebungstechniken und zur biobasierten additiven Fertigung inkl. (inline) Materialdiagnostik
• Strukturgebung und Erprobung von Metal-Organic-Frameworks (MOFs) z. B. für Gasaustausch/-speicherung/Stofftrennung innerhalb und außerhalb biomedizinischer Anwendungen
• Volumetrischer 3D-Druck von (Bio)Polymeren

Ausgewählte öffentliche und von Fraunhofer geförderte Projekte

• »Hybrid-Bone« – Entwicklung personalisierbarer keramischer Knochenersatzmaterialien und -strukturen zur verbesserten Regeneration im Gesichtsschädelbereich
• »FingerKIt« – Remobilisierung von Fingergelenken durch KI-basierte Rekonstruktion und Generierung patientenindividueller Keramikimplantate
• »BioCarboMin« – Entwicklung von lebenden Biobetonen über In-situ-Carbonat-Mineralisierung von Mikroorganismen
• »BioCarboBeton« – Entwicklung von lebenden Baumaterialien über In-situ-Carbonat-Mineralisierung mittels Mikroorganismen
• »ArtEnamel« – Bioinspirierte Herstellung von artifiziellem Enamel (Zahnschmelz) durch In-situ-Nano-Mineralisierung
• »ProDIA«- H2020-NMP-PILOTS-2015 (Production, control and Demonstration of structured hybrid nanoporous materials for Industrial adsorption Applications; ID 685727)
• »HCCAT«- H2020-NMBP-2016 (Solid Catalysts for activation of aromatic C-H bonds; ID 720996)
• »Mem4BoTiReg« – Biologisch abbaubare funktionalisierte Membran für Knochen- und Geweberegeneration

Ausgewählte Publikationen 

Wagner, J., Luck, S., Loger, K., Acil, Y., Spille, J. H., Kurz, S., Ahlhelm, M., Schwarzer-Fischer, E., Ingwersen, L.-C., Jonitz-Heincke, A., Sedaghat, S., Wiltfang, J., Naujokat, H. (2023). Bone regeneration in critical-size defects of the mandible using biomechanically adapted CAD/CAM hybrid scaffolds: An in vivo study in miniature pigs. Journal of Cranio-Maxillofacial Surgery, 2023. https://doi.org/10.1016/j.jcms.2023.11.007.

Reinhardt O, Ihmann S, Ahlhelm M and Gelinsky M (2023). 3D bioprinting of mineralizing cyanobacteria as novel approach for the fabrication of living building materials. Front. Bioeng. Biotechnol. 11:1145177. doi: 10.3389/fbioe.2023.1145177

Ahlhelm, M.; Latorre, S.H.; Mayr, H.O.; Storch, C.; Freytag, C.; Werner, D.; Schwarzer-Fischer, E.; Seidenstücker, M. Mechanically Stable β-TCP Structural Hybrid Scaffolds for Potential Bone Replacement. J. Compos. Sci. 2021, 5, 281. https://doi.org/10.3390/jcs5100281.

Piscopo, C. G., Polyzoidis, A.; Werner, D.; Ahlhelm, M.; Richter, H.-J. Breakthrough Screening of Porous Materials: A Simple and Effective Tool for Database Generation. ChemistrySelect 2020, 5, 1 –6.

Ahlhelm, M.; Werner, D.; Maier, J.; Abel, J.; Behnisch, T.; Moritz, T.; Michaelis, A.; Gude, M. Evaluation of the pore morphology formation of the Freeze Foaming process by in situ computed tomography. J. Eur. Cer. Soc. 2018, 38, 3369–3378., https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2018.02.031.

Ahlhelm, M.; Werner, D.; Kaube, N.; Maier, J.; Abel, J.; Behnisch, T.; Moritz, T.; Michaelis, A.; Gude, M. Deriving Principles of the Freeze-Foaming Process by Nondestructive CT Macrostructure Analyses on Hydroxyapatite Foams. Ceramics 2018, 1, 7.

Ahlhelm, M., Schwarzer, E., Scheithauer, U., Moritz, T., Michaelis, A. Novel Ceramic Composites for Personalized 3D Structures. J.Ceram.Sci.Tech., 08[01] (2017), pp. 91-100. http://www.ceramic-science.com, DOI: 10.4416/JCST2016-00093

Ahlhelm, M.; Günther, P.; Scheithauer, U.; Schwarzer, E.; Günther, A.; Slawik T.; Moritz, T., Michaelis, A. Innovative and novel manufacturing methods of ceramics and metal-ceramic composites for biomedical applications; J Eur Cer Soc, Vol 36, Issue 12 (2016), 2883-2888.

Weitere Publikationen finden Sie in der Publikationsliste von Matthias Ahlhelm.