Bionik Aktuelle Trends und zukünftige Potenziale - Institut für ...

Abbildung 2 — Strukturierung des Feldes »Biokeramik«
Biocere
»Verbundeinheiten« aus biologischen
und anorganischen Komponenten
oder Lebewesen
Biomorphe Keramik
Biologische Strukturen sind
formgebend
[Quelle: eigene Darstellung]
Herausforderungen
Biomimetische Keramik
Aufbauprozess und Materialstruktur
nach biolgischem Vorbild
In der Fachliteratur 42 werden folgende zentrale Trends beschrieben:
künstliche Knochen und Zähne, Entwicklung bruchzäher Keramiken
sowie die Nachbildung optischer Eigenschaften.
Bei der Entwicklung von künstlichen Knochen und Zähnen geht es
um die Herstellung von resorbierbaren und das Zellwachstum induzierenden
Keramiken. Der Fokus der Forschung liegt auf der Nachbildung
der Hierarchieebenen bis in den Nanometerbereich (hierarchische
Strukturierung) und der Interaktion mit Zellen. Nur mit der
erstgenannten Strategie können die bisher in der Keramik nicht realisierbaren
Eigenschaftskombinationen wie bruchfest und bruchzäh
realisiert werden. Bei letzterem spielen die 3D-Struktur auf den verschiedenen
Ebenen, also im Meso-, Mikro- und im Nanometerbereich,
sowie die Oberflächeneigenschaften eine große Rolle. Diese dienen als
starker Mechanismus, um Zellwachstum anzuregen und zu kontrollieren
(Stevens and George 2005).
Bei der Entwicklung bruchzäher Keramiken dienen vor allem Muschelschalen
aber auch Schwämme mit ihren herausragenden mechanischen
Eigenschaften als biologisches Vorbild. Auch hier wird die
Nachbildung der Hierarchieebenen angestrebt, um die gewünschten
mechanischen Eigenschaften zu erhalten (Mayer 2005).
Zu optischen Eigenschaften natürlicher Keramiken, deren technische
Nachbildung angestrebt wird, zählen vor allem die speziellen Formen
der Lichtleitung und -sammlung, wie sie bspw. in Schwämmen oder
Seesternen erfolgt. Wichtige Faktoren sind die Materialeigenschaftskombinationen
sowie der Aufbau in Kompartimenten (Weiss 2003;
Lee and Szema, 2005).
42 Special Section „Materials and Biology“ der SCIENCE-Ausgabe vom November 2005 (Vol. 310) sowie
Januar 2006 (Vol. 311).
bionik – Trends und Potenziale | 63
3. 2 Ergebnisse der Kurzfallstudien
Biogene Keramik
Biologisches Material
Biofunktionelle Keramik
Form erfüllt die biologische
Funktion
Künstliche Knochen und Zähne
Schwämme als Vorbild
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