Parodontose: Patent für neue Behandlungsmethode

Keine Fettabdrücke dank Nanolack

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Das Leistungszentrum hat innerhalb eines Jahres 60 Industriepartner gewonnen.

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Die Ergebnisse der Kooperationsprojekte bewerten mehr als 83 Prozent der beteiligten Partner als "sehr gut".

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Das Leistungszentrum hat als essentieller Partner der regionalen Chemiestandorte und KMU deren Wettbewerbsposition nachhaltig verbessert.

News

Patent für neue Behandlungsmethode

25.11.2019

Neuartige bioabbaubare Stäbchen versprechen eine besser verträgliche Behandlung von Parodontitis. Dafür haben Forscher vom Institut für Pharmazie der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) einen bereits bekannten Wirkstoff neu kombiniert und diese Erfindung zusammen mit Fraunhofer-Einrichtungen aus Halle zum Patent angemeldet. Patienten könnten damit viele Nebenwirkungen erspart werden. Die Ergebnisse dazu wurden in der Fachzeitschrift International Journal of Pharmaceutics veröffentlicht.

© Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg/Fakultätsmarketing NF1
Biegsames, bioabbaubares Parodontosestäbchen mit Antibiotikakomplex

Parodontose ist eine Volkskrankheit, die meist durch eine bakterielle Entzündung des Zahnfleischs, die Parodontitis, ausgelöst wird. Mehr als 50 Prozent der Erwachsenen in Deutschland entwickeln im Laufe ihres Lebens eine Parodontitis, meist in höherem Alter. Mehr als zehn Millionen Deutsche haben laut Hochrechnungen eine schwere Form der Krankheit. »Durch die großen Wundflächen ist die Barrierefunktion des Körpers stark gestört, so dass vermehrt Stoffe und Bakterien in den Körper gelangen«, sagt Prof. Dr. Karsten Mäder, Leiter der Arbeitsgruppe Pharmazeutische Technologie am Institut für Pharmazie der MLU. Die Entzündung wirkt sich auf den ganzen Körper aus und ist oft Ursache für weitere Krankheiten wie Herzinfarkt oder Lungenentzündung. Daher ist nach mechanischen Verfahren zur Zahnreinigung oft eine Antibiotika-Gabe notwendig. Diese erfolgt normalerweise über Tabletten, wodurch der ganze Körper belastet wird. Häufige Nebenwirkungen sind Durchfall, Bauchschmerzen und Übelkeit, aber auch Hautreaktionen wie Rötungen und Juckreiz. Auch die mögliche Ausbildung von Resistenzen gegen die gängigen Antibiotika stellt bei dieser Gabe ein großes Problem dar.

Besser wäre es, das Antibiotikum würde nicht im ganzen Körper, sondern nur im Mundraum wirken. Mäders Arbeitsgruppe hat daher ein bewährtes Antibiotikum (Minocyclin) mit einem ebenso bewährten Hilfsstoff der Pharmaindustrie (Magnesiumstearat) kombiniert. »Der Komplex ist weiterhin wirksam, aber stabiler. Er setzt das Antibiotikum langsam frei, und zwar an Ort und Stelle«, erklärt Mäder. »Neben der kontinuierlichen und langanhaltenden Wirkstofffreisetzung war hierfür eine einfache Applikationsweise eine weitere Herausforderung. « Seine Arbeitsgruppe hat auch dafür eine praktische Lösung gefunden. Sie nutzt in der Pharmazie ebenfalls bewährte Polymere. Das sind chemische Stoffe, mit deren Hilfe die Forscher biegsame, bioabbaubare Stäbchen herstellen konnten, die den Antibiotika-Komplex enthalten. Die Stäbchen können einfach in die Zahnfleischtasche geschoben werden. Da sie im Körper abgebaut werden, müssen sie im Anschluss an die Behandlung nicht wieder entfernt werden. »Die Stäbchen sind deutlich länger in vitro wirksam als bisherige Marktprodukte«, sagt Martin Kirchberg, der sich im Rahmen seiner Doktorarbeit mit dem Thema befasst. Er hat unter anderem die Zusammensetzung der Polymere optimiert, um genau die richtige Balance zwischen Festigkeit und Biegsamkeit zu erreichen und sie lange haltbar zu machen. Mittlerweile ist die Entwicklung so weit, dass eine Fertigung im großen Maßstab möglich wäre.

»Durch den Speichelfluss verbleiben viele Arzneistoffe nicht lange genug im Mundraum, um gezielt dort ihre Wirkung freizusetzen. Dafür haben wir eine Lösung entwickelt«, sagt Dr. Andreas Kiesow, der das Projekt am Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS in Halle betreute. Sein Team untersuchte mit verschiedenen Testmodellen die Adhäsions-, Benetzungs- und rheologischen Eigenschaften der entwickelten Formulierungen, beispielsweise hinsichtlich der Frage, wie sie mit dem Hart- und Weichgewebe unter möglichst realen Bedingungen im Mundraum wechselwirken.

Das Patent für den Wirkstoffkomplex und die Formulierung wurde zusammen mit dem Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie IZI und dem Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS, beide in Halle, sowie mit den Zahnmedizinischen Kliniken der Universität Bern angemeldet. Mäder und Kirchberg sind mit je 30 Prozent an der Erfindung beteiligt, die restlichen 40 Prozent teilen sich Wissenschaftler der halleschen Fraunhofer-Institute und der Universität Bern. Eine rasche Umsetzung zunächst in klinischen Studien ist möglich, da alle Inhaltsstoffe in pharmazeutischer Qualität bereits auf dem Markt verfügbar sind. Auch die Herstellung erfolgt mit erprobten Methoden, sodass die Stäbchen schon in wenigen Jahren marktreif sein könnten. Die weitere Entwicklung der Formulierung und spätere Einführung in den Markt soll über das vom Fraunhofer IZI ausgegründete Start-Up PerioTrap Pharmaceuticals GmbH in Halle erfolgen.

Das Projekt wurde durch das Land Sachsen-Anhalt mit Mitteln aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) im Rahmen des Leistungszentrums Chemie- und Biosystemtechnik finanziell unterstützt.

Antifingerprint-Oberflächen

Keine Fettabdrücke dank Nanolack

1.7.2019

Fettige Fingerabdrücke auf glänzenden Edelstahloberflächen sehen nicht nur unschön aus, sondern greifen auch die Oberfläche an. Ein neuer Nanolack von Fraunhofer-Forscherinnen und Forschern soll künftig verhindern, dass beim Anfassen von Edelstahlfronten lästige Fingerabdrücke zurückbleiben. Möglich machen es spezielle Nanopartikel, die dem Lack zugesetzt werden.

© Fraunhofer IMWS
Fingerabdrücke auf Edelstahl- und Metalloberflächen sollen sich mit dem neuen Sol/Gel-Nanolack vermeiden lassen

Der neue Kühlschrank glänzt in moderner Edelstahloptik. Doch schon nach kurzer Zeit ist die Front übersät mit dunkel wirkenden Fingerabdrücken, die sich mit Lappen und Putzmittel nur mühsam entfernen lassen – es ist vielmehr aufwändiges Polieren gefragt. Solche Fingerabdrücke sind nicht nur ein optisches Ärgernis, denn der Fettfilm greift zudem die Oberfläche an.

Fettabdrücke adé

Forscherinnen und Forscher vom Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS in Halle bereiten solchen Fettabdrücken nun ein Ende, gemeinsam mit ihren Kollegen der FEW Chemicals GmbH Wolfen. Der Clou liegt in einer Beschichtung mit einem Lack, der spezielle Zusätze enthält und wasser- und ölabweisend ist. Dazu kommen zwei weitere Effekte: Lagern sich die im Lack befindlichen integrierten Partikel an der Oberfläche des Edelstahls an, wird die Oberfläche rauer und vergrößert sich. Fasst nun ein Finger etwa an die Kühlschranktür, berührt dieser die Oberfläche nur an den erhöhten Stellen, während das Fingerfett die tiefer liegenden »Täler« nicht erreicht. Die Fläche, mit dem das Fingerfett in Berührung kommt, ist also recht klein. Zudem ist der Brechungsindex des Lacks so eingestellt, dass er dem des Fettgehalts des Fingers entspricht. Das heißt: Das Licht, das auf die beschichtete Edelstahl-Oberfläche fällt, wird in etwa so reflektiert wie an einer Oberfläche, die mit einem »Fingerpatscher« versehen ist. Ergo: Der Fingerabdruck fällt kaum auf.

Analyse der Schichtsysteme

Während die FEW Chemicals GmbH die Entwicklung der Lacksysteme übernimmt, widmet sich das Fraunhofer-Team der Analyse dieser Schichten. »Wir untersuchen die hergestellten Schichten zum einen über Lichtmikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie und Rasterkraftmikroskopie. Wie groß sind die einzelnen Partikel im Lacksystem? Sind die Partikel homogen verteilt? Wie wirken sich die eingesetzten Additive aus?«, erläutert Dr. Jessica Klehm, wissenschaftliche Mitarbeiterin im Geschäftsfeld »Biologische und makromolekulare Materialien« am Fraunhofer IMWS. Solcherlei Fragen sind extrem wichtig, um die Qualität des Lacks beurteilen zu können. Lagern sich die Nanopartikel beispielsweise zu größeren Partikeln zusammen, büßt der Lack eventuell seine Transparenz ein. Sind die Teilchen dagegen zu klein, bleibt die Oberfläche zu glatt – der Fettfilm könnte dann trotz des Lacks großflächig an ihr haften.

Um diese Untersuchungen zu ermöglichen, galt es einige Hindernisse zu überwinden. So müssen die Proben beispielsweise in ihren Abmessungen verkleinert werden: Für eine optimale Untersuchung mit dem Lichtmikroskop sowie für die Weiterverarbeitung mit anderen Untersuchungsmethoden sollten die Proben nicht dicker sein als 60 bis 80 Mikrometer – also etwa so dick wie ein menschliches Haar –, für eine Untersuchung im Transmissionselektronenmikroskop sogar noch tausendmal dünner. »Mit einer Säge können wir die Proben nicht zurechtschneiden, sie würde die Beschichtung zerstören. Wir betten die Proben daher in Harz ein und schleifen sie dann auf die gewünschte Dicke herunter«, erklärt Frau Dr. Klehm.

Automatische Prüfmaschine quantifiziert Antifingerprintwirkung

Darüber hinaus entwickeln die Forscherinnen und Forscher eine automatische Prüfmaschine für die Schichten. Diese soll nicht die Partikel im Lack untersuchen, sondern die Sichtbarkeit der Fingerabdrücke selbst. Dazu taucht ein Stempel in eine Lösung, deren Zusammensetzung dem Fettfilm auf der menschlichen Haut ähnelt. Automatisiert, mit stets identischer Kraft und jeweils gleich lange drückt dieser Stempel anschließend auf die beschichtete Oberfläche, um dort einen »Fingerabdruck« zu hinterlassen. Über eine Kombination aus spektrometrischen und optischen Verfahren soll die Prüfmaschine schließlich analysieren, wie viel Lösung auf der Oberfläche verblieben ist – und damit, wie viel Prozent Antifingerprint-Wirkung der Lack aufweist. Welche Kombination von Analysegeräten hierfür optimal ist, untersuchen die Wissenschaftler derzeit.

Einen Favoriten unter den verschiedenen untersuchten Lacksystemen haben die Forscher bereits gefunden. Nun gilt es, diesen weiter zu optimieren. Bis Ende 2020 soll die Entwicklung abgeschlossen sein, dann wird die FEW Chemicals GmbH die Herstellung des Lacksystems in einen industriellen Maßstab übertragen.

Motor für Chemie 4.0 in Mitteldeutschland: Leistungs- und Transferzentrum Chemie- und Biosystemtechnik

Presseinformation / 30.11.2018

Chemie 4.0 wird das zentrale Thema für die weitere Arbeit des Leistungs- und Transferzentrums Chemie- und Biosystemtechnik. Diesen Beschluss fasste das Direktorium des Netzwerks, in dem seit 2016 zahlreiche Einrichtungen der angewandten Forschung, Hochschulen und Universitäten sowie Forschungscluster und mehr als 60 Industrieunternehmen aus Mitteldeutschland zusammenarbeiten. Durch das Zusammenführen von erneuerbaren Ressourcen, Digitalisierung und Kreislaufwirtschaft ergeben sich insbesondere für das mitteldeutsche Chemiedreieck neue Chancen.

Quedlinburg Nachhaltige Chemie
© Spitzencluster BioEconomy/Anne Beck
Gäste aus Wirtschaft, Wissenschaft und Politik tauschten sich beim Zukunftsdialog in Quedlinburg über neue Möglichkeiten der Chemie- und Biosystemtechnik aus.

Die Partner im Leistungs- und Transferzentrum Chemie- und Biosystemtechnik arbeiten beispielsweise an neuen Lösungen für den Einsatz nachwachsender Rohstoffe, den Leichtbau oder medizinische Anwendungen. Ihr Ziel ist es, Prozessketten vom Rohstoff bis zum Produkt zu erweitern und zu optimieren und somit die Wertschöpfung in der Region zu erhöhen. Zuletzt war die Arbeit des Netzwerks von einem Gutachtergremium positiv evaluiert und eine Verlängerung der Förderung bis mindestens 2021 beschlossen worden. Damit einher geht eine stärkere Fokussierung der Aktivitäten in Richtung zirkulärer Prozessketten und Chemie 4.0. 

»Die Digitalisierung ermöglicht in der Kunststoff verarbeitenden, chemischen, biotechnologischen und der biomedizinischen Industrie die Umsetzung einer Kreislaufwirtschaft, die auf erneuerbaren Ressourcen beruht. Das meinen wir mit Chemie 4.0. Mitteldeutschland hat eine sehr gute Ausgangsposition, um hier zu einer Modellregion zu werden, ein Leuchtturm in der Umsetzung der Chemie 4.0«, sagt Prof. Ralf B. Wehrspohn, Leiter des Fraunhofer-Instituts für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS in Halle (Saale) und einer der Direktoren des Leistungs- und Transferzentrums. 

Die Vorteile der Chemie 4.0: Durch die digitale Verknüpfung von Energie, Rohstoffen und Wertstoffen erhöht sich die Energie-, Ressourcen- und Prozesseffizienz entlang der gesamten Wertschöpfungskette. Was ein Unternehmen als Reststoff nicht nutzen kann, wird im anderen Unternehmen zum wertvollen Rohstoff. Durch die Kombination von Wiederverwendung, Recycling, energetischer Verwertung und biologischem Abbau können Stoffkreisläufe geschlossen werden und eine CO2-neutrale Wertschöpfung gelingen – eine nachhaltige Chemieindustrie. 

Plastikmüll ist ein sehr aktuelles Beispiel dafür: Er kann mit neuen Technologien als Kohlenstoffquelle für die Chemieindustrie erschlossen werden statt in den Meeren oder gar in der Nahrungskette zu landen. In zahlreichen Projekten arbeiten die Partner im Leistungs- und Transferzentrum an solchen und weiteren Lösungen für eine nachhaltige Chemieindustrie. »Die Unternehmen der Region sind in vielen Netzwerken bereits eng mit den exzellenten Forschungseinrichtungen verbunden. Verstärkt geht es dabei auch um die Frage, wie die Rohstoff- und Energieversorgung schrittweise auf eine nachhaltige Basis umgestellt werden kann. Antworten darauf finden wir am besten, wenn wir Grundlagenforschung, anwendungsorientierte Forschung und industrielle Entwicklung zusammenführen«, sagt Prof. Frank Emmrich,  Institutsleiter am Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie IZI in Leipzig und ebenfalls Mitglied des Direktoriums im Leistungs- und Transferzentrum.

Mitteldeutschland bietet dafür etliche Standortvorteile. Die Region ist ein Rohstoff-, Chemie- und Energiestandort mit über Generationen gewachsenen Kompetenzen in der chemischen und pharmazeutischen Industrie und einem lebendigen industriellen Erbe. »Die Chemieindustrie ist Innovationsmotor für die gesamte Region. Mit dem Leistungs- und Transferzentrum unterstützen wir sie, die Chancen der Chemie 4.0 frühzeitig zu ergreifen und so ihre Zukunftsfähigkeit zu sichern. Wir wollen lokale Rohstoffe für die regionale Industrie erschließen, um die dabei entstehenden Lösungen überregional verwertbar zu machen«, sagt PD Dr. Christian Growitsch, stellvertretender Leiter des Fraunhofer IMWS und Sprecher des Direktoriums des Leistungs- und Transferzentrums. »So stärken wir die Innovationskraft und Wettbewerbsfähigkeit insbesondere von kleinen und mittelständischen Unternehmen. Sie möchten wir künftig noch besser beim Technologietransfer und Aufbau von Netzwerken unterstützen«, sagt Growitsch. 

Erfolgreiche Beispiele für Produktinnovationen, die im Rahmen des Leistungsz- und Transferzentrums Chemie- und Biosystemtechnik entstanden sind, wurden in der vergangenen Woche beim »Zukunftsdialog« in Quedlinburg präsentiert. Mehr als 70 Gäste aus Wirtschaft, Wissenschaft und Politik tauschten sich dort zu ressourcenschonenden und energieeffizienten Prozessen, den Potenzialen der Chemie 4.0 und Möglichkeiten zur Zusammenarbeit aus.

Studie „Zukunftssicherung der chemischen Industrie unter besonderer Berücksichtigung sich verändernder Rahmenbedingungen“

Studie / 17.1.2018

Mit der vom Fraunhofer CEM (www.materials-economics.com) erarbeiteten Studie „Zukunftssicherung der chemischen Industrie unter besonderer Berücksichtigung sich verändernder Rahmenbedingungen“ will das für das mitteldeutsche Chemiedreieck wichtige Leistungszentrum „Chemie- und Biosystemtechnik“ wichtige Impulse für die Weiterentwicklung seiner künftigen Ausrichtung geben. Dabei werden, ausgehend von Projektansätzen zur Sektorenkopplung, Überlegungen in Richtung einer zukünftigen, im Kreislauf geführten „Wertschöpfungskette Chemie 4.0“ angestellt.

18.7.2019

GreenHydroChem Mitteldeutschland wird gefördert

Fraunhofer IMWS

18.1.2018

Neuer Biokunststoff aus Holzabfällen

MDR.de

17.1.2018

From Tree to Structural Foam

Kunststoffe.de

12.12.2017

Vom Baum zum Strukturschaum

Kunststoffe.de

10.12.2017

Vom Baum zum Strukturschaum

Werkstoffe in der Fertigung

6.12.2017

Spitzencluster entwickelt nachhaltigen Kunststoff aus Biomaterialien

Konstruktionspraxis

5.12.2017

Bio-Schaumstoffe aus Holz

biooekonomie.de

30.11.2017

Neuer Bio-Kunststoff aus Holzabfällen

MDR Online

29.11.2017

Biopolymere aus Holz

BKV GmbH

29.11.2017

Vom Biomaterial zum nachhaltigen Kunststoff

K-Zeitung Online

 

23.11.2017

Leichtbau: Austausch von Praxis zu Praxis

K-Magazin

2.11.2017

Erfolgreicher Abschluss des Teilprojekts EffiMAT

Bioeconomy.de

2.11.2017

Bioplastik mit Holzfasern

biooekonomie.de

1.11.2017

LEICHTBAU TAGUNG 2017 der Fraunhofer-Allianz Leichtbau

Investieren in Sachsen-Anhalt

5.10.2017

Zukunftsperspektiven für die mitteldeutsche Chemieregion

Investieren in Sachsen-Anhalt

29.9.2017

Unternehmerfrühstück: Prozesskette von natürlichen Ressourcen bis zu high-value Produkten

Sciencecampus Halle

28.9.2017

Leichtbau-Tagung am Fraunhofer PAZ

Kunststoffe.de

25.9.2017

Fraunhofer PAZ: Fachtagung zu großserienfähigem Leichtbau

Kunststoff Web

21.9.2017

Leichtbau-Tagung 2017 mit Porsche-Werksbesichtigung

Polykum

12.9.2017

Leichbautagung 2017 der Fraunhofer-Allianz

Metall Markt

7.9.2017

HANNOVER MESSE 2017 mit dem Schaufenster Bioökonomie

Bio Economy Cluster

1.9.2017

Forschung – gefällt mir

Focus Online

22.8.2017

6. Leichtbau-Tagung: Großserienfähiger Leichtbau im Automobil

Pressebox

15.8.2017

Von der Tablette zum lokal wirksamen Gel

Newsletter IHK Halle-Dessau

23.6.2017

Holz soll Erdöl ablösen

Mitteldeutsche Zeitung

13.6.2017

Wir holen das Meer in die Stadt

Schaufenster Online

30.5.2017

Polymer-Know-how für die Zukunft

K-Zeitung online

20.5.2017

Vom Zellstoff zum Formteil

Kunststoff Magazin

5.5.2017

Forschungsprojekt „HipE“: Laserlichtquellen für Scheinwerfer

Hanser Automotive

 

2.5.2017

Forschungsprojekt „HipE“: Laserlichtquellen für Scheinwerfer

Hightlight Web

2.5.2017

Forschungsprojekt arbeitet am Scheinwerfer der Zukunft

Springer Professional

3.4.2017

Kunststoffe der Zukunft

Unternehmen Region

21.3.2017

Thermoplastischen Wabenkern in einem einzigen Arbeitsschritt produzieren

Plastverarbeiter.de

14.2.2017

Vom Zellstoff zum Formteil – Fraunhofer entwickelt neue Technologie für faserverstärkte Kunststoffe

Materialsgate

2.2.2017

Leitfähige Polymerkomposite als Materialien für die Elektrolyse

Farbe und Lack

1.2.2017

Polymeercomposieten voor elektrolyse

The Factory Files

31.1.2017

Einsatz von Polymerkompositen für die Elektrolyse möglich machen

Analytik News

31.1.2017

Einsatz von Polymerkompositen für die Elektrolyse

Österreichische Chemie Zeitschrift

27.1.2017

Neue Forschungsgruppe entwickelt leitfähige Polymerkomposite als Materialien für die Elektrolyse

Materialsgate

26.1.2017

Leitfähige Polymerkomposite für die Elektrolyse

Pro Physik

25.1.2017

Neue Forschungsgruppe entwickelt leitfähige Polymerkomposite als Materialien für die Elektrolyse

Juraforum.de