Vorlaufforschung

Die Fraunhofer-Gesellschaft fördert mit ihren internen Programmen die vorwettbewerbliche Vorlaufforschung – hier ein paar kurze Notizen zu ausgewählten aktuell laufenden Projekten.

Die chemische Industrie ist für eine Vielzahl industrieller Wertschöpfungsketten unverzichtbar und einer der wichtigsten Impulsgeber für neue Produktentwicklungen und Innovationen. Globale Herausforderungen in den Bereichen Klimaschutz, Energie- und Ressourceneffizienz gepaart mit den Forderungen aus Gesellschaft und Politik nach einer grünen, nachhaltigen Chemie haben dazu geführt, dass sich die chemische Industrie ehrgeizige Ziele gesetzt hat, um ihre Produktionsprozesse zu defossilieren sowie eine zirkuläre, Treibhausgas-neutrale Stoff- und Energiewandlung zu etablieren. Diese Transformation fordert große Forschungs- und Entwicklungsanstrengungen.

Die im Leitprojekt »ShaPID« kooperierenden neun Fraunhofer-Institute wollen die chemische Industrie bei diesen Anstrengungen gezielt unterstützen, indem sie ihre angewandte Forschung für das Erreichen der herausfordernden Nachhaltigkeitsziele bündeln und gleichzeitig ihre FuE-Beziehungen zu einer der innovationsstärksten Branchen intensivieren.
 

Projektkoordinator: Dr. Stefan Löbbecke

Verblendungen zählen zu den klassischen dentalen Restaurationen. Alleine in Deutschland werden jährlich 3,3 Mio. dentale Verblendungen eingesetzt. Das Ziel des SME-Projektes »3D-Verblendung« ist eine individuelle, vollautomatische Herstellung von 3D-strukturierten dentalen Verblendungen mittels des Inkjet-Verfahrens. Angepasste Farbverläufe und Transluzenz können damit schnell und kostengünstig unter Wahrung der optischen, thermischen, chemischen und mechanischen Eigenschaften gefertigt werden.

Hierzu sollen Ausgangsgläser dentaler Glaskeramiken hinsichtlich Form und Farbe individuell angepasst, mittels 5-Achs-Inkjet-Drucks auf diverse Gerüststrukturen aufgetragen und anschließend eingebrannt werden. Durch die Verwendung von bereits zugelassenen dentalen Glaskeramiken sind alle relevanten Zieleigenschaften sichergestellt und komplexe Farbverläufe möglich.
 

Projektleiter: Joachim Vogt

Das maligne Melanom ist eine der gefährlichsten Krebsarten und führt zu etwa 3000 Sterbefällen pro Jahr in Deutschland. Bisher ist die präklinische Entwicklung von neuen Therapien von Tierstudien abhängig, die jedoch zu einer Fehlerrate bei der Translation der präklinischen Ergebnisse in die klinischen Phasen von etwa 95 % führt. Neue dreidimensionale In-vitro-Modelle des Melanoms zeigen zwar eine höhere Prädiktivität, sind aber relativ schwer zu analysieren bzw. lassen sich nur relative Zeiträume unter einem Monat kultivieren, was die Aussagekraft bei langfristig wirkenden Therapien weiter herabsetzt.

VisioMEL zielt auf die Etablierung und Validierung einer In-vitro-Testplattform zur Abschätzung der Wirkung von Therapien gegen das Maligne Melanom ab. Dazu soll in einem interdisziplinären Konsortium aus Wissenschaftlern mit einem Hintergrund im Tissue Engineering, dem Gerätebau und der Mikrosystemtechnik ein zuvor entwickeltes organotypisches Modell des malignen Melanoms unter Bedingungen kultiviert werden, die eine langfristige Kultivierung der Modelle länger als vier Wochen zulassen. Zudem soll mit Hilfe einer linsenlosen Mikroskopie in Verbindung mit einer entsprechenden Bildauswertung die Tumorprogression in den Modellen überwacht werden.
 

Projektleiter: Dr. Florian Groeber-Becker

Ziel von CarbonID ist die Ausstattung von Partikeln/Pulvern mit einer einzigartigen ID, also einer Art Barcode, indem farbig lumineszierende, nanoskalige Komponenten zu einem Partikel vereint werden. Als lumineszierende Bausteine könnten in einem klassischen Ansatz organische Farbstoffe oder anorganische Cd-basierte QuantenDots dienen. Erstere sind problematisch, da sie nicht beständig sind (und somit ausbleichen), letztere, da sie toxikologisch bedenklich sind. Um mit Hilfe von Barcode-Partikeln den Schritt zu digitalen Materialien zu schaffen, ist es von entscheidender Bedeutung, die genannten Nachteile klassischer Lumineszenz-Komponenten zu überwinden.

Jüngste Grundlagenforschungsergebnisse haben eine hoch interessante Klasse an Lumineszenz- Material bekannt gemacht: Kohlenstoff, der in unterschiedlichsten Farben leuchten kann, sogenannte CarbonNanoDots. Bisher können derartige Objekte nur in geringen Mengen und schlecht reproduzierbar hergestellt werden. Im Rahmen von CarbonID wird farbig leuchtender Kohlenstoff kontinuierlich hergestellt, um die prinzipielle Herstellbarkeit von Barcode-Partikeln und die Markierung einer beliebigen Materialkomponente aufzuzeigen.
 

 Teilprojektleiterin: Dr. Bettina Herbig

Ziel des Forschungsvorhabens OVERDOSE ist die Entwicklung eines Missbrauchsschutzes für Opioid-Darreichungsformen, welcher erst durch eine Überdosierung aktiviert wird: Bei Einnahme der Normaldosis wird das Schmerzmittel ungehindert freigegeben, bei einer Überdosierung wird der Missbrauchsschutz aktiviert und eine Wirkstofffreisetzung auf ein verträgliches Maß reduziert.

Zum Projektende liegt als „proof-of-concept“ eine Darreichungsform eines Opioids vor, welche einen konzentrationsabhängigen Überdosierungsschutz enthält. Dieser sog. „Overdose“-Effekt wird im Rahmen des Projekts in biorelevanten (Magen-Darm-Trakt-simulierenden) Dissolutionsexperimenten am Fraunhofer ITMP nachgewiesen und soll die Wirkstofffreisetzung bei Überdosierung um mindestens 80% pro Einheit reduzieren. Bei Normaldosierung hingegen wird der Arzneistoff vollständig freigesetzt.
 

Projektleiter: Dr. Bastian Christ

Die präzise Herstellung von komplexen Glasbauteilen für optische Systeme ist sowohl bei der Verwendung von Formwerkzeugen als auch beim Einsatz spanender Verfahren mit hohem Zeit-, Material-, und Kostenaufwand verbunden. Die Institute haben alternative digitale Fertigungstechnologien entwickelt, die sich bisher noch nicht in der (Serien-)Produktion durchsetzen konnten. Das Vorhaben zielt darauf ab, diese Technologien im neuen Kompetenzzentrum „Innovative Glasprozessierung IGP“ für KMU zu etablieren und dabei neue Prozessabfolgen dieser Technologien einzusetzen. Dafür wird ein kombiniertes Technologieportfolio erarbeitet und mit einzelnen ergänzenden Entwicklungsschritten abgerundet.

TeilProjektleiter: Dr. Sönke Steenhusen