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Hessen-Nanotech

NEWS Technologie- und Firmennews Hessen-Nanotech stellt zwei neue Publikationen vor Verleihung STEP Award 2009 Nanotechnologie in der Zahnmedizin Schöne Zähne aus Hessen Rückblick: 6. Nanotechnologieforum Hessen – Nanotechnologie für Mensch und Gesundheit Marine Nanobiotechnologie

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1 2010 Februar


Liebe Leserinnen und Leser, Editorial

Nanotechnologie ist in aller Munde – und angesichts der interessanten nanotechnologischen Entwicklungen im Bereich der Zahnmedizin ist dieser Satz in naher Zukunft auch wörtlich zu nehmen. Denn immer mehr nanooptimierte Werkstoffe kommen bereits heute im Mundraum zum Einsatz. Die Anforderungen an Dentalmaterialien sind hoch: Sie sollen lange halten, gut verträglich und kosmetisch ansprechend, besser noch von der Natur gar nicht zu unterscheiden sein. Mit den bisher bekannten Materialien ist dies nur eingeschränkt möglich. Denn in der Regel mussten bisher bei mindestens einer Eigenschaft Abstriche in Kauf genommen werden. Neue, nanotechnologisch optimierte Zahnfüllungsmaterialien können bei allen drei Anforderungen glänzen. Sie sind hart wie Keramik und so leicht zu verarbeiten wie Kunststoff. An natürlichen Zahnschmelz können sie optisch perfekt angepasst werden. Die neuen Werkstoffe eignen sich aber auch für größere zahnmedizinische Eingriffe. Optimierte Knochenersatzmaterialien ermöglichen einen komplikationsfreien Wiederaufbau beschädigter Knochenpartien, Dentalimplantate wachsen schneller an und halten länger.

Der Schlüssel zum Erfolg liegt in der gezielten Kontrolle der Nanostruktur von Oberflächen und Kompositen. Sie ermöglicht es, Materialeigenschaften wie Biokompatibilität, Härte oder auch Volumenbeständigkeit zu optimieren. Aber auch bei der Prophylaxe greift die Nanotechnologie bereits. Menschen mit empfindlichen Zähnen verschaffen regenerierende NanoZusätze in Zahncremes deutliche Linderung, „flüssiger Zahnschmelz“ macht Zähne härter und widerstandsfähiger. Dies sind nur einige Beispiele aus dem breiten Anwendungsspektrum, das bei weitem noch nicht ausgeschöpft ist. Selbstverständlich dürfen auch mögliche Nebenwirkungen nicht vernachlässigt werden. Eine unkontrollierte Aufnahme freier Nanopartikel, die durch Verschlucken in den Verdauungstrakt gelangen könnten, muss verhindert werden. Die Sicherheit hat gerade in sensiblen Bereichen wie der Zahnmedizin oberste Priorität. Denn nur ein verantwortungsvoller Umgang mit Nanomaterialien ermöglicht ihren nachhaltigen Erfolg.

Dieter Posch

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Hessischer Minister für Wirtschaft, Verkehr und Landesentwicklung

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Editorial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 Technologie- und Firmennews . . . . . . . . 3 Literatur: Hessen-Nanotech stellt zwei neue Publikationen vor . . . . . 4 Ehrungen: STEP Award 2009 – Spirit to expand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Nanotechnologie in der Praxis: Nanotechnologie in der Zahnmedizin . . 6 Unternehmen im Fokus: GDF GmbH – Schöne Zähne aus Hessen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9

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Rückblick: 6. Nanotechnologieforum Hessen „Nanotechnologie für Mensch und Gesundheit“ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10 Aus der Forschung: Marine Nanobiotechnologie – Neue Zahnpflegemittel aus dem Meer . . . . . . . . . 15 Veranstaltungen/Termine . . . . . . . . . . . . . . . 16 Impressum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16


Technologie- und Firmennews Projekte, Kontakte

Gießener Materialwissenschaftler auf der Spur von neuen Hochleistungs-Energiespeichern

Weiße LEDs sollen kostengünstiger und „weißer“ werden

Das Team um Dr. Torsten Brezesinski vom Physikalisch-Chemischen Institut konnte in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern der University of California, Los Angeles, erstmals nachweisen, dass Energiespeicher aus Nano-Materialien leistungsfähiger sind, weil ein Großteil der Ionen an der Oberfläche bleibt – oder sich in die Lücken von SchichtgitterMaterialien setzt – und nicht wie bei herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkus vergleichsweise langsam in das Material diffundiert. Bislang war man davon ausgegangen, dass die verbesserten elektrochemischen Eigenschaften der Nano-Materialien ausschließlich auf die kürzeren Wege der Ionen und Elektronen durch das Material zurückzuführen sind.

Unter der Leitung der OSRAM Opto Semiconductor GmbH, Regensburg, wollen internationale Expertenteams aus fünf Universitäten (darunter Kassel), vier Forschungsinstituten sowie fünf Industriepartnern weiße Leuchtdioden (LEDs) kostengünstiger, noch effektiver und „weißer“ machen. Die technologische Neuerung soll darin bestehen, dass das lichtemittierende Element der LEDs nicht aus wenige Nanometer dünnen Schichten, sondern aus dreidimensionalen Nanosäulen gebildet wird.

Dies geht aus einer aktuellen Veröffentlichung der Gießener Forscher in der Fachzeitschrift „Nature Materials“ (http://dx.doi.org/10.1038/nmat2612) hervor. Diese Erkenntnisse könnten die Entwicklung einer neuen Generation von Speichern für elektrische Energie ermöglichen, die sich durch eine hohe Leistungs- und Energiedichte sowie lange Lebensdauer auszeichnen. Dr. Torsten Brezesinski, Physikalisch-Chemisches Institut der JLU Gießen Torsten.Brezesinski@phys.chemie. uni-giessen.de KMU sollen in „Forschung für die zivile Sicherheit“ gefördert werden Mit der aktuellen Ausschreibung „KMU-Innovativ: Forschung für die zivile Sicherheit“ will das Bundesforschungsministeriums die Erforschung von Sicherheitslösungen zur Verbesserung des Schutzes der Gesellschaft vor Bedrohungen, die durch Terrorismus, organisierte Kriminalität, Naturkatastrophen, technische Großunfälle u. a. ausgelöst werden, fördern. Darüber hinaus sollen KMU beim Technologietransfer in die praktische Anwendung unterstützt werden. Bewertungsstichtage für Projektskizzen, die jederzeit eingereicht werden können, sind jeweils der 15. April und der 15. Oktober.

In dem von der Europäischen Kommission über die nächsten drei Jahre mit insgesamt 12 Millionen Euro geförderten Projekt SMASH (www.smashfp7.eu) wird die Gruppe Computational Electronics and Photonic (CEP) von Prof. Dr. Bernd Witzigmann an der Universität Kassel die elektro-magnetischen und -optischen Eigenschaften der nano-LEDs modellieren.

Weiße LEDs werden in Beleuchtungsanwendungen häufig noch wegen des kalten bläulichen Lichtes und der hohen Anschaffungskosten abgelehnt.

www.cep.eecs.uni-kassel.de Deutsche Bauchemie veröffentlicht Sachstandsbericht zur Nanotechnologie Mit der neu vorgelegten Broschüre zeigt der deutsche Industrieverband die allgemeine Bedeutung und die verschiedenen Erscheinungsformen der Nanotechnologie speziell in der Bauchemie auf. Die Autoren beschreiben die Position und Funktion der Nanotechnologie innerhalb der bauchemischen Wertschöpfungskette und zeigen auf, wie Nanoanalytik zur Verbesserung von Produkten eingesetzt wird. Es werden auch konkrete Beispiele aus der Bauchemie, etwa in den Bereichen Verarbeitbarkeit, Dauerhaftigkeit und Oberflächentechnik aufgezeigt. Den Einfluss nanoskaliger Strukturen und Zusätze auf Lagerstabilität und Topfzeit sowie auf biozide und katalytische Wirkungsweisen bauchemischer Produkte werden ebenfalls erläutert. Ein weiteres Kapitel widmet sich der Nanotechnologie im Lebenszyklus bauchemischer Produkte. Abgerundet wird der Bericht durch eine Liste der geltenden Vorschriften sowie weiterführender Literatur. www.deutsche-bauchemie.de

www.bmbf.de/de/14168.php

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Weitere aktuelle Nachrichten finden Sie unter www.nanoportalhessen.de/Nachrichten

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Hessen-Nanotech stellt zwei neue Publikationen vor Literatur

Kompetenzatlas Photonik in Hessen Die Photonik zählt zu den Querschnittstechnologien mit besten Zukunftsaussichten. Das Anwendungspotenzial ist enorm. Moderne optische Technologien begegnen uns jeden Tag, etwa als LED-Lichtquellen oder als Diodenlaser in DVD-Playern. Aber auch aus der Umweltoder Medizintechnik sind sie nicht mehr wegzudenken, zum Beispiel als Laser für Augenkorrekturen. Wirtschaftsminister Dieter Posch sieht das Land des Optik-Traditionsstandortes Wetzlar hier in einer sehr guten Position: „Die Photonik nutzt genau die Elemente, die auch die besonderen Vorteile des Standortes Hessen ausmachen: Sie verbindet hochpräzise Optik, Automatisierungs- und Mikrosystemtechnik sowie Wissen um neue Oberflächen und Materialien – vor allem der Nanotechnologie – mit den jeweiligen Anwendungstechniken. Hessen ist in all

diesen Bereichen breit und zukunftsorientiert aufgestellt.“ Ein aktuelles Nachschlagewerk zu Optischen Technologien in Hessen hat die Aktionslinie Hessen-Nanotech im Februar veröffentlicht. Auf 125 Seiten komprimiert der „Kompetenzatlas Photonik in Hessen“ die Profile und weiterführenden Informationen zu Unternehmen, Forschungseinrichtungen und Hochschulen. Der zweisprachige Atlas (deutsch/englisch) richtet sich an Unternehmen oder Einrichtungen aus dem In- und Ausland, die einen Forschungs- oder Lösungspartner suchen. Sie finden dort schnell und übersichtlich die für sie relevanten Ansprechpartner von Herstellern und Vertriebsunternehmen optischer Geräte und Technologien – vom Mikroskop-Hersteller bis zum Entwickler optischer Messsysteme.

NanoAnalytik – Anwendung in Forschung und Praxis „Miss alles, was sich messen lässt, und mach alles messbar, was sich nicht messen lässt.“ Dieser bereits rund 400 Jahre alte Leitspruch von Galileo Galilei gilt auch noch heute – vielleicht sogar mehr denn je. Insbesondere der Größenbereich zwischen einem Mikrometer und einem zehntel Nanometer, letzteres entspricht in etwa der Größe eines Atoms, ist heute von besonderem Interesse, denn viele Effekte, die für chemische und physikalische Eigenschaften von Stoffen und Oberflächen in unserer Umgebung entscheidend sind, spielen sich auf atomarer Ebene ab.

Broschüren der Aktionslinie Hessen-Nanotech können kostenlos in elektronischer und gedruckter Form bezogen werden unter www.hessen-nanotech.de /veroeffentlichungen

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Die Entwicklungen der vergangenen Jahrzehnte auf dem Gebiet der Analytik haben die Tür für den Blick in bislang unerschlossene Welten weit aufgestoßen. Die Liste der Methoden und Verfahren der Analytik für die Nanotechnologie ist inzwischen lang. Dabei spielt die

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„NanoAnalytik“ keineswegs nur eine wichtige Rolle in der Grundlagenforschung; auch im industriellen Bereich liefert sie wichtige Erkenntnisse über Struktur und Oberflächen von Materialien, Mechanismen von Materialschädigungen oder bietet neue Möglichkeiten in der industriellen Qualitätskontrolle. Eine neue Broschüre mit dem Titel „NanoAnalytik – Anwendung in Forschung und Praxis“, die als Band 16 der Schriftenreihe Hessen-Nanotech erscheint, gibt jetzt erstmals dem Anwender in Forschung oder Praxis einen schnellen Überblick über die Bandbreite heute verfügbarer Methoden und deren Einsatzmöglichkeiten. Erstmals öffentlich vorgestellt wird die Broschüre im Rahmen der Fachtagung „NanoAnalytik“ am 16. März in HanauWolfgang.


STEP Award 2009 – Spirit to expand Der Unternehmerpreis für Zukunftsbranchen – Zwei Gewinner aus Hessen Ehrungen

Mit dem STEP Award werden jährlich besonders innovative und wachstumsstarke Unternehmen in Zukunftsbranchen aus Deutschland, Österreich und der Schweiz ausgezeichnet. Jüngster Gesamtsieger ist die Nanion Technologies. Sie wurde Ende November in Frankfurt am Main für eine neue Technologie zur schnelleren und kostengünstigeren Analyse von Arzneimittelwirkungen mit dem Hauptpreis im Gesamtwert von 100.000 Euro (Geld-/Sachleistungen) honoriert. In den Kategorien Markt/Kunde und Finanzen konnten sich jeweils hessische Bewerber durchsetzen.

ten, die etwa doppelt so gut sind wie die der besten herkömmlichen Isoliermaterialien. Niedriges Gewicht, Lichtdurchlässigkeit, eine wasserabweisende Oberfläche, eine feine Porenstruktur und chemische Stabilität geben diesem einzigartigen Material das Potential für unzählige Anwendungen. Der einzige Cabot Produktionsstandort für Aerogel ist im Industriepark Höchst in Frankfurt.

Der Gesamtsieger 2009 Die Nanion Technologies GmbH aus München wurde 2002 als Spin-off des Center for NanoScience (CeNS) der Ludwig-Maximilians-Universität München gegründet. Das Nanion-Team hat zwei Analyse-Instrumente (Port-a-Patch und Patchliner) für die Elektrophysiologie entwickelt und erfolgreich im Markt eingeführt. In Nanions Messinstrumenten kommen mikrostrukturierte Chips zum Einsatz, welche die normalerweise beim Patch Clamp-Verfahren (Nobelpreis 1991) verwendete Glaspipette ersetzen. Activaero in der Kategorie Markt/Kunde ausgezeichnet Die Activaero GmbH aus Gemünden/Wohra ist weltweiter Technologieführer bei der Entwicklung von Drug-Delivery-Technologien zur optimierten Effizienz und Präzision in der Inhalationstherapie zur kontrollierten Atmung. Die Innovationen des Unternehmens ermöglichen eine sicherere, kosteneffizientere und wirksamere Behandlung von Lungenkrankheiten. Activaero kann als Kompetenzzentrum für Aerosolmedizin auf die erfolgreiche Zusammenarbeit bei der Lungenwirkstoffentwicklung in präklinischen und klinischen Projekten zurückblicken. Cabot Nanogel überzeugt in der Kategorie Finanzen Die Cabot Nanogel GmbH ist ein 2002 gegründetes Tochterunternehmen der Cabot Corporation. In diesem neuen Geschäftsbereich produziert und vermarktet Cabot ein nanostrukturiertes „Aerogel“ – unter dem Markennamen Nanogel. Dieses faszinierende Material gilt als der beste Feststoffisolator der Welt, mit Dämmwer-

Preisverleihung beim STEP Award: Dr. Roland Mohr, Infraserv Höchst; Volker Sach, F.A.Z.-Institut und Moderatorin Barbara Hahlweg (hintere Reihe von links) freuten sich mit den Preisträgern. Mitte v.l.: Peter Kemmerling, Cabot Nanogel; Miltiadis Vlachos, Cabot Nanogel; Dr. Niels Fertig, Nanion; Dr. Andrea Brüggemann, Nanion; Dr. Dirk Pelster, Trion Pharma; Dr. Horst Lindhofer, Trion Pharma. vorne v.l.: Axel Fischer, Activaero; Dr. Gerhard Scheuch, Activaero; Dr. Raphael Vogler, ChemCon (© 2009 STEP Award)

Hauptförderer des STEP Award 2009 sind die Commerzbank, Merck Serono, Sanofi-Aventis und die Aktionslinien Hessen-Biotech, -Nanotech und -Umwelttech des Hessischen Wirtschaftsministeriums. Daneben beteiligen sich eine Reihe weiterer Unternehmen und Institutionen als Förderer. www.step-award.de Hessen-Nanotech NEWS 1/2010

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Nanotechnologie in der Zahnmedizin Priv.-Doz. Dr. Andreas Braun Nanotechnologie in der Praxis

In vielen Bereichen der Forschung wird von der Nanotechnologie als Zukunftstechnologie schlechthin gesprochen. Doch was bedeutet die Einbindung von Nanotechnologie in zahnmedizinische Fragestellungen und welche Eigenschaften werden den darauf basierenden Materialien zugeschrieben? Im Rahmen dieser Übersicht werden aktuelle Forschungsansätze und erste Produktentwicklungen aufgezeigt. Im zahnmedizinischen Bereich hat die Nanotechnologie vergleichsweise spät Einzug gefunden. Hauptgründe hierfür sind zu sehen in der technisch schwer zugänglichen räumlichen Dimension und in der erforderlichen Kontrollierbarkeit der Eigenschaften von Nanomaterialien. Denn nur durch eine Modifikation der Oberfläche frisch generierter Nanopartikel ist es in der Regel möglich, deren spezielle Eigenschaften zu nutzen. Mit der Erweiterung des Methodenspektrums zur Herstellung, Funktionalisierung und Compoundierung von Nanomaterialien finden diese auch im Dentalbereich seit einigen Jahren zunehmenden Einsatz für Füllmaterialien, Implantate oder als Zusatzstoffe in Zahncremes. Füllungsmaterialien An der grundsätzlichen Zusammensetzung zahnärztlicher Komposite, bestehend aus einer Kunststoffmatrix, einem Füllkörpersystem und einer Verbundphase, hat sich bis heute prinzipiell nichts geändert. Die ersten klinisch eingesetzten Kompositmaterialien wiesen Füllkörpergrößen von 5 -10 μm auf [Ernst und Willershausen 2003]. Aufgrund ungünstiger Abrasionsphäno-

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mene sowie unzureichender Politureigenschaften ist es ein Bestreben der Weiterentwicklung gewesen, Füllungskomposite mit möglichst geringer Korngröße der Füllkörper zu entwickeln. Zudem kann durch die Erhöhung des Füllkörpergehalts die für dentale Komposite als Hauptproblem auftretende Polymerisationsschrumpfung [Giachetti et al. 2006] günstig beeinflusst werden. So weisen moderne Nano-Hybrid-Komposite wie beispielsweise Grandio (Voco, Cuxhaven, Abb. 1, 2) nur noch eine Schrumpfung von 1,57 Vol. % auf, während sich die Polymerisationsschrumpfung gebräuchlicher Kompositionsfüllungskunststoffe im Bereich von bis zu 3 Vol. % bewegt [Geurtsen 1999]. Zusätzlich wird auch ein vernetzender Effekt der Nanopartikel innerhalb der Matrix diskutiert, der sich positiv auf die Bruchfestigkeit, Kantenstabilität und Abrasionsfestigkeit des Füllungsmaterials auswirke. Somit kommt der Einsatz der Nanotechnologie der allgemeinen Forderung nach Verbesserung der Materialeigenschaften nach, ohne die Verarbeitbarkeit im zahnärzlichen Einsatz einzuschränken.

Abbildung 1: Ersatz einer insuffizienten Amalgam-Füllung (links) durch ein Kompositionsfüllungsmaterial mit Nanofüllkörpern (rechts)


Auch für ästhetische Anforderungen hat die Nanotechnologie Lösungsansätze parat. So lässt sich der optische Brechungsindex von Kunststofffüllungen durch Nanostrukturierung so perfekt an das natürliche Zahnmaterial anpassen,

Abbildung 2: Mit konventionellen Füllkörpern und Nanopartikeln angereicherter Kompositionsfüllungskunststoff Grandio (Quelle: Fa. Voco, Cuxhaven)

dass störende Randbildungen an der Grenzschicht zwischen Zahn und Füllung vermieden werden (siehe S. 6). Zahncremes mit Wirksubstanzen im Nanobereich Eine Idee bei der Entwicklung spezieller Zahncremes ist es, die Anlagerungsfläche für Biofilme und damit der darin enthaltenen Bakterien auf der Zahnoberfläche zu reduzieren. Zu diesem Zweck wurde einer Zahncreme Zink-Carbonat-Hydroxylapatit in mikrokristalliner Form beigefügt (BioRepair, Wolff, Bielefeld), mit dessen Hilfe die Reparatur von nanokleinen Defekten in der Zahnschmelzoberfläche möglich sein soll [Roveri et al. 2008]. Auch ein remineralisierender Effekt auf freiliegende Dentinoberflächen mit der Herstellung einer mineralisierten Oberflächenschicht und dem Verschluss freiliegender Öffnungen zu den Dentinkanälchen wird beschrieben [Rimondini et al. 2007]. NanoHydroxylapatit wird in der Werbung als „flüssiger Zahnschmelz“ bei den Produkten der ApaCare-Produkte (Cumdente, Tübingen) beworben und soll ebenfalls Rauhigkeiten und Poren der Zahnoberfläche verschließen. Um der Problematik der Zahnhalsüberempfindlichkeit zu begegnen, wurde eine Biokomposition aus nanofeinen Hydroxylapatitkristallen und Proteinen entwickelt und unter dem Namen „Nanit active“ als Bestandteil einer Zahncreme für die Behandlung überempfindlicher Zahnhälse ein-

geführt (Theramed S.O.S. Sensitiv, Henkel, Düsseldorf). Kommt der Wirkstoff mit Kalzium- und Phosphat-Ionen aus dem menschlichen Speichel in Kontakt, bildet er neue mineralische Schichten. Freiliegenden Öffnungen der Dentinkanälchen an der Zahnoberfläche (Abb. 3) können verschlossen und die Schmerzauslösung durch Druckveränderungen in den Kanälchen reduziert werden. Knochenregeneration und Zahnimplantate Auch auf dem Gebiet der Knochenregeneration bedient man sich heute der Nanotechnologie. Synthetische Knochenersatzmaterialien auf Hydroxylapatit-Basis versprechen aufgrund ihrer hohen Biokompatibilität verbesserte Resorptionseigenschaften. Körpereigene Zellen können nanopartikuläres Hydroxylapatit, z.B. Ostim® (Heraeus Kulzer, Hanau) aufgrund der kleinen Partikelgröße besser zersetzen und verstoffwechseln. Die Knochenregeneration ist hier im Rahmen des natürlichen Prozesses der Knochenremodellierung vereinfacht [Smeets et al. 2008]. Der Einsatz von Nanotechnologien bei der Entwicklung von Zahnimplantaten ermöglicht durch ein gezieltes Grenzflächendesign eine verbesserte Biokompatibilität und damit eine optimierte Festigkeit und Haltbarkeit. Durch eine mittels spezieller Ätzprozesse einstellbare nano-/mikro-Rauigkeit von Titan-Dentalimplantaten wachsen diese schneller und dauerhafter in den Kiefer ein.

Abbildung 3: Dentinoberfläche mit freiliegenden Eingängen der Dentinkanälchen im Rasterelektronenmikroskop. Druckveränderungen in den Kanälchen können Schmerzsensationen im Zahn auslösen

Gefährdung durch den Einsatz der Nanotechnologie? Bei der Betrachtung der möglichen Gefährdung durch Nanopartikel müssen zwei Gesichtspunkte berücksichtigt werden. Auf der einen Seite ist die chemische Zusammensetzung der Partikel von Bedeutung für eine mögliche Toxizität, auf der anderen Seite muss die MöglichHessen-Nanotech NEWS 1/2010

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Autor: Priv.-Doz. Dr. Andreas Braun Poliklinik für Parodontologie, Zahnerhaltung und Präventive Zahnheilkunde Zentrum für Zahn-, Mundund Kieferheilkunde der Universität Bonn Welschnonnenstraße 17 53111 Bonn

keit der Freisetzung von Nanopartikeln aus einem Material bedacht werden. Bei Füllungskompositionskunststoffen sind die Nanopartikel in die Harzmatrix eingebettet und liegen nicht als luftgängige Stäube oder Aerosole vor. Durch die Polymerisation im Rahmen der Verarbeitung als Füllungsmaterial werden die Nanopartikel beim oben beschriebenen Material in das Harz eingebunden und zu größeren Molekülen polymerisiert. Isolierte Nanopartikel liegen folglich nach einer vollständigen Polymerisation des Werkstoffs nicht mehr vor. Auch bei der Bearbeitung oder Politur des verarbeiteten Füllungsmaterials können somit nur solche Schleifstäube freigesetzt werden, wie dies bei konventionellen Materialien der Fall ist. Die Nanofüllkörper vieler Kompositionsfüllungskunststoffe bestehen aus Siliziumdioxid. Siliziumdioxid ist der Hauptbestandteil nahezu aller Gläser und natürlicher Mineralien und wird als Negativstandard bei toxikologischen Untersuchungen verwendet. Hydroxylapatit findet als Werkstoff

in der Zahnmedizin vielfältig Anwendung und wird als toxikologisch unproblematisch gesehen [Schmalz und Arenholt-Bindslev 2005]. In der oben angesprochenen Anwendung als Zusatz zu Zahncremes oder Mundspüllösungen finden sich die nanoskalaren Partikel in der Regel in agglomerierter Form in einer Suspension, so dass ein Einatmen freier Nanopartikel vermieden wird. Die Aufnahme über die Schleimhäute des Magen-/Darmtraktes ist prinzipiell möglich. Toxische Wirkungen von Nanopartikeln, die auf ihrer geringen Größe und höheren Reaktivität beruhen, erscheinen nach deren Agglomeration eher von geringer Bedeutung. Aus Vorsorgegründen ist jedoch gerade im zahnmedizinischen Bereich aufgrund der besonderen topographischen Nähe zu den Verdauungs- und Atemwegen auf eine mögliche Exposition gegenüber gebräuchlichen oder zukünftigen Materialien zu achten. Die Aufklärung des Risikopotenzials von Nanopartikeln auch im Bereich der Zahnmedizin ist derzeit Gegenstand laufender Forschungsarbeiten.

Literaturverzeichnis

Ernst, C. P., Willershausen, B. (2003) Eine aktuelle Standortbestimmung zahnärztlicher Füllungskomposite. Zahnärztl Mitt 93(7): 30-42. Geurtsen, W. (1999) Kunststofffüllung. In: Praxis der Zahnheilkunde: Kariologie und Füllungstherapie, 4. Aufl., Heidemann, D. (Hrsg.). München: Urban & Schwarzenberg, 177-218. Giachetti, L., Scaminaci Russo, D., Bambi, C., Grandini, R. (2006) A review of polymerization shrinkage stress: current techniques for posterior direct resin restorations. J Contemp Dent Pract 7(4): 79-88. Rimondini, L., Palazzo, B., Iafisco, M., Canegallo, L., Demarosi, F., Merlo, M., Roveri, N. (2007) The Remineralizing Effect of Carbonate-Hydroxyapatite Nanocrystals on Dentine. Materials Science Forum 539–543: 602–605. Rothen-Rutishauser, B., Grass, R.N., Blank, F., Limbach, L.K., Mühlfeld, C., Brandenberger, C., Raemy, D.O., Gehr, P., Stark, W.J. (2009) Direct combination of nanoparticle fabrication and exposure to lung cell cultures in a closed setup as a method to simulate accidental nanoparticle exposure of humans. Environ Sci Technol 43(7): 26342640. Roveri, N., Battistella, E., Bianchi, C.L., Foltran, I., Foresti, E., Iafisco, M., Lelli, M., Naldoni, A., Palazo, B., Rimondini L. (2008) Synthetic Biomimetic Carbonate-Hydroxyapatite Nanocrystals for Enamel Remineralization. Advanced Materials Research 47-50: 821-824. Schmalz, G., Arenholt-Bindslev, D. (2005) Biokompatibilität zahnärztlicher Werkstoffe. München: Elsevier. Smeets, R., Maciejewski O., Riediger, D., Wiltfang, J., Behrens, E. (2008). Ostim – ein Überblick über den aktuellen Stand der Literatur. Oralchirurgie Journal 2008(2): 30-34. Warheit, D.B., Borm, P.J., Hennes, C., Lademann, J. (2007) Testing strategies to establish the safety of nanomaterials: conclusions of an ECETOC workshop. Inhal Toxicol 19(8): 631-643.

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Schöne Zähne aus Hessen Unternehmen in Fokus

Herzhaft lachen und dabei die „Zähne zeigen“. Das macht einen Menschen sympathisch. Wenn aber mal ein „Loch“ vom Zahnarzt wieder gefüllt werden musste, so wirkten sich diese Füllungen bisher störend auf das Erscheinungsbild aus. Ein Unternehmen aus Hessen ermöglicht nun mit einem Nano-Kunststoffkomposit ein perfektes Lächeln trotz Füllung. Karies und Defekte an Zähnen im sichtbaren Bereich behandelt Ihr Zahnarzt, indem er eine Füllung mit einem Komposit-Material durchführt. Dieses Material muss einerseits so „hart“ sein, dass Sie auch morgen noch damit fest zubeißen können, andererseits sollte es so natürlich aussehen, dass niemand die Reparatur bemerkt. Die bisher verwendeten Materialien bedeuteten immer einen Kompromiss. Entweder war das Material gut zu verarbeiten und hart. Oder es war farbecht, dafür ließ aber seine Haltbarkeit zu wünschen übrig. Allerdings gelang es nie, was das optische Erscheinungsbild betrifft,

Zahnfüllungen zu erstellen. Diese Kombination ist einzigartig auf der Welt. Nur durch konsequente Anwendung von nanotechnologischem Know-how war dieses Ergebnis möglich. Aufgrund des präzise einstellbaren, hohen Brechungsindex bietet das neu entwickelte Kunststoffmaterial prinzipiell auch Anwendungspotenziale außerhalb des Dentalbereiches. Denkbar ist beispielsweise der Einsatz in der optischen Datenübertragung. Mit ihren 38 Mitarbeitern, darunter fünf promovierten Chemikern, hat die Firma GDF auch weitere Schwerpunkte im Programm. Sie erforscht, entwickelt und produziert die komplette „Chemie für den Mund“. Highlights des Produktportfolios bilden Verbrauchsmaterialien für Zahnärzte und Zahntechniker. Der komplette Bereich dentaler Kunststoffe, wie Füllungsmaterialien und zugehöriger Haftvermittler sowie Prothesenkunststoffe, werden entwickelt. Ergänzend dazu aber auch andere Verbrauchsmaterialien wie Zahnaufhellungsprodukte. Dabei wird großer Wert auf die Anwendung von neuen Technologien, wie z.B. die Nanotechnologie, gelegt. GDF Private Label Chemistry Gesellschaft für Dentale Forschung und Innovationen GmbH www.gdfmbh.com

w w w. g d f m b h . c o m

*Das Modellprojekt wurde gefördert durch

Projektträger der Fördermaßnahme ist die

Weitere Informationen unter www.innovationsfoerderunghessen.de

Im Gegensatz zu einer Zahnrestauration mit einem konventionellen Kunststoff-Komposit (links) ist diese mit dem von GDF neu entwickelten Nano-Kunststoffkomposit (rechts) optisch nicht vom natürlichen Zahn zu unterscheiden.

den Farbton, die Opaleszenz und Lichtreflexion des Zahnschmelzes genau zu treffen. Das Problem war der unterschiedliche Lichtbrechungsindex von Zähnen und Kunststoff, der immer an der Grenzschicht zu Randbildungen führte und die künstliche Füllung erkennen ließ. Die Firma GDF aus dem hessischen Rosbach hat aber nun im Rahmen eines Modellprojektes* eine neue Lösung gefunden: Sie entwickelte das neue Komposit-Zahnfüllungsmaterial Enamel plus HRi, dessen Brechungsindex von 1,62 exakt dem des natürlichen Zahnschmelzes entspricht. Gleichzeitig vereint es sowohl eine gute Haltbarkeit als auch die Möglichkeit für den Zahnarzt, mit nur wenigen unterschiedlichen Materialien farblich perfekte und unsichtbare Hessen-Nanotech NEWS 1/2010

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Nanotechnologie für Mensch und Gesundheit 6. Nanotechnologieforum Hessen stellt Potentiale der Nanomedizin vor Rückblick

Der Hanauer Stadtrat Dr. Ralf-Rainer Piesold betonte in seiner Begrüßungsrede an die mehr als 300 Teilnehmer des 6. Nanotechnologieforum Hessen die Stärken Hanaus als Medizin- sowie Nanound MaterialtechnologieStandort.

Links: PD Dr. Patrick Hunziker, European Society of Nanomedicine Rechts: Dr. Petra Wickland, Merck KGaA

„Hessen verfügt als „Apotheke Deutschlands“ über eine starke chemisch-pharmazeutische Industrie und eine hervorragende Forschungslandschaft. Als Nanotechnologiestandort stehen wir europaweit ebenfalls an der Spitze. Es ist unser erklärtes Ziel, Hessen zu einem Spitzenstandort der Nanomedizin zu machen,“ so Klaus-Dieter Jäger, Abteilungsleiter Wirtschaftsförderung und Technologie im Hessischen Wirtschaftsministerium, in seiner Begrüßungsrede zum 6. Nanotechnologieforum, das unter dem Motto „Nanotechnologie für Mensch und Gesundheit“ stand. Die rund 50 internationalen Referenten boten Ende November in Hanau den mehr als 300 Vertretern aus Wirtschaft, Wissenschaft und Politik Einblicke in die NanoMedizin, die von der Grundlagenforschung bis zu Beispielen für bereits kommerzialisierte nanotechnologische Medizinprodukte und Therapieansätze reichten. Schwerpunkte bildeten Themen wie Drug Delivery, Biound Dentalmaterialien, Diagnostik und Sensorik sowie Therapeutik. Einige Highlights der Veranstaltung stellen die Hessen-Nanotech NEWS im Folgenden vor. „Nano ist keine technologische Erfindung der Neuzeit, sondern eine fundamentale Eigenschaft allen Lebens. So spielen sich Krankheiten meist im nanoskaligen Bereich als molekulare Vorgänge in oder zwischen definierten – kranken – Körperzellen ab. Hier können Medikamente zwar wirken, aber leider eben nicht nur hier, sondern auch in vielen anderen – gesunden – Zellen. In diesen zeigt derselbe Arzneistoff andere, häufig unerwünschte Nebenwirkungen. Die höhere Zielgenauigkeit, die die Nanotech-

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nologie modernen Medikamenten über das sogenannte „Targeting“ vermitteln kann, ist dabei einer von vielen Vorzügen dieser innovativen Forschungsgattung für die Medizin“. So beschrieb PD Dr. Patrick Hunziker, Vorsitzender der European Society of Nanomedicine, in seiner Eröffnungsrede zu Beginn das „Wesen von Nano“ für Mensch und Gesundheit. Arzneistoffe als Nanopäckchen verschicken Dr. Petra Wickland von Merck KGaA in Darmstadt berichtete in ihrem Vortrag von Steigerungen der biologischen Verfügbarkeit verschiedener Arzneistoffe durch nanotechnologisch hergestellte Suspensionen und Emulsionen. Dadurch wird es beispielsweise möglich, – etwa in der Tumormedizin – Substanzen, die für ihre Wirksamkeit bisher eine hohe Dosierung erfordern und damit auch für den gesamten Körper toxisch wirken, bei gleicher Wirksamkeit in geringeren Mengen zu verabreichen. Hierdurch können Nebenwirkungen bzw. ungewollte Schädigungen vermindert oder gar vermieden wer-


den. Ein anderes Beispiel: Substanzen, die in kristalliner Form aufgrund ihrer geringen Löslichkeit bislang nicht oder nur intravenös nutzbar waren, können durch Bindung an amorphe anorganische Nanopartikel patientenfreundlich oral eingenommen werden. Mit Hilfe nanotechnologischer Herstellungsprozesse können sich Arzneistoffe vor dem Immunsystem „verstecken“ und dadurch im Körper länger wirksam bleiben („stealth characters“) oder auch ganz gezielt in bestimmte Gewebe eingeschleust werden, wie etwa Impfstoffe, die – in Lymphknoten eingebracht – eine verstärkte Wirksamkeit bieten. „Die Nanotechnologie ist mächtig – sie hat die Macht, Dinge zu verbessern und zu verändern“, ist Petra Wickland überzeugt. Nanopäckchen – nur vom Empfänger zu öffnen Erste Ergebnisse der Grundlagenforschung auf dem Gebiet des Drug Targeting werden in naher Zukunft in Anwendungen überführt werden. So kann der kürzlich mit dem „Nanowissenschaftspreis“ der Arbeitsgemeinschaft der Nanokompetenzzentren (AGenNT-D) ausgezeichnete Professor Dr. Wolfgang Parak, Universität Marburg, im Labor nicht nur einen in nanoskalige Mizellen gepackten Wirkstoff in bestimmte Zellen einbringen, sondern die Mizellen auch kontrolliert öffnen und so den Inhalt gezielt freisetzen. Dazu werden in die Membranhülle der kolloidalen Partikel Moleküle eingebracht, die Angriffspunkte für äußere Einflüsse darstellen. So werden nanoskalige Goldeinlagerungen genutzt, um die Partikel durch leichte Erwärmung zu zerstören. Oder es werden bioaktive Strukturen eingelagert, die nur von Enzymen, die in den Zielzellen vorhanden sind, erkannt und zerstört werden. Nanosensoren spüren Krankheitsmarker in Echtzeit auf Aber nicht nur der Therapie, sondern auch der Diagnostik öffnet die Nanotechnologie neue

Alle Teilnehmer des Nanotechnologieforums erhielten den rund 300 Seiten starken Tagungsband.

Türen. So berichtete Professor Dr. Udo Schwalke, TU Darmstadt, von Carbon Nanotubes (CNTs), die elektrisch wesentlich leitfähiger sind als Silizium und als äußerst empfindliche Sensoren zur Messung molekularer Vorgänge an lebenden Zellen eingesetzt werden können. So ermöglichen sie als passive Sensoren zelluläre Signale wie etwa Ladungsverschiebungen zu verstärken und damit dokumentierbar zu machen oder auch als aktive Sensoren geringste pH-WertÄnderungen oder durch Viren ausgelöste Veränderungen an Zelloberflächen-Proteinen zu messen. Die TU Darmstadt, die über eine vollständige Halbleiter-Fertigungstechnik verfügt, hat mittlerweile eine Massen-Fabrikationsmethode zur Herstellung solcher nanoskaligen CNT-Feldeffekt-Sensoren (CNTFESs) etabliert, die auch mit bestehender Siliziumchip-Technik kompatibel ist. Eines von vielen Anwendungsbeispielen ist der frühe diagnostische Nachweis neuroendokriner Tumoren (NET) durch den Marker Chromogranin A (CgA), dessen Konzentration direkt an der Synapse gemessen werden kann. Nanofasern ermöglichen Züchtung von Gewebe Ein anderer vielversprechender Ansatz der Nanotechnologie für die Medizin ist die Züchtung von Biomaterialien auf Nanofaservliesen („Scaffolds“), bei der die Universität Marburg eine führende Rolle einnimmt. Professor Dr. Joachim H. Wendorff erläuterte an Hand verschiedener Beispiele die Züchtung von Geweben aus Zellen von Patienten, um diesen unter dem Stichwort „Regenerative Medizin“ einen individuellen Hessen-Nanotech NEWS 1/2010

Prof. Dr. Udo Schwalke von der TU Darmstadt stellte ein Konzept für einen neuartigen Feldeffekt-Transistor vor, der als Biosensor beispielsweise Viren selektiv nachweisen könnte.

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Ersatz von Knochen-, Haut-, Muskel-, Nerven-, Arterien-, Lungen- oder Lebergewebe zu ermöglichen, ohne auf körperfremde Gewebe-/ oder Organspenden angewiesen zu sein. „Mit der „Regenerativen Medizin“ werden wir zukünftig Probleme der Transplantationsmedizin, wie etwa die notwendige Unterdrückung der Immunabwehr, umgehen können und gezielt „Ersatzteile“ herstellen können.“

Das Tissue Engineering mit Hilfe von Nanofasern stand im Fokus der Präsentation von Prof. Dr. Joachim H. Wendorff (Uni Marburg).

In Analogie zu einer extrazellulären Matrix werden bei dem vorgestellten Verfahren bioverträgliche und -abbaubare synthetische (z.B. Polylaktide) oder natürliche (z.B. Kollagene) Fasern steril zu einem dreidimensionalen Geflecht versponnen („E-Spinning“). Diese können direkt durch Oberflächenmodifikation oder Einbau von Wachstumsfaktoren o.ä. funktionalisiert werden. Ein weiterer Trick ist, die zu züchtenden Zellen bereits während des Spinnings einzusprühen („E-Spraying“), um ein dreidimensionales Wachstum, etwa für Knochengewebe, zu generieren. Ein Beispiel für zweidimensionales Wachstum ist die Züchtung von Retinagewebe für Patienten, die an altersbedingter Makula-Degeneration (AMD) leiden. Ergänzend dazu wies Professor Dr. C. James Kirkpatrick, Universität Mainz, darauf hin, dass kürzlich erstmalig gezeigt werden konnte, dass spezielle Nanofasern neuronale Differenzierung bei Mäusen induzieren können: Nervenzellen wachsen somit über Schnittverletzungen im Rückenmark hinweg. Eine Erkenntnis, die neue Konzepte bei der Therapie von Querschnittslähmungen ermöglicht. „Da ich nächstes Jahr meinen Master im Fach Materialwissenschaften mache, nutze ich das Nanotechnologieforum Hessen, um Kontakte zur Industrie zu knüpfen“, sagte Kerstin Strauch, Studentin an der Justus-Liebig-Universität Gießen.

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Wirtschaftliche Aspekte der Nanotechnologie Im Business-Forum wurden die wirtschaftlichen Aspekte der Nanotechnologie – von Kooperationen über Rechts- und Prozess-Sicherheit bis hin zur Produktzertifizierung – diskutiert. Unternehmensberater Thomas Friedrich (Financial-Relations-Beratung) verdeutlichte die wichtigsten erfolgsentscheidenden Faktoren für lohnende Nanotech-Kooperationen. Vor allem für kleine und mittlere Unternehmen biete es viele Chancen, sich in Kooperationen mit Großunternehmen einzubringen. Damit die Zusammenarbeit gelingt, sei es wichtig, die Kooperationsziele festzulegen, die Bereitschaft für eine gleichberechtigte Partnerschaft mitzubringen und schließlich geeignete Kooperationspartner auszuwählen. Eine allgemeingültige Erfolgsformel für Kooperationen gebe es jedoch nicht. Seine Erfahrungen sind in der Broschüre „Nanotech-Kooperationen“ der Aktionslinie Hessen-Nanotech (siehe www.hessennanotech.de/veroeffentlichungen) dokumentiert. Gerhard Klein von TÜV SÜD Industrie Service aus München gab einen Einblick in Sinn, Kriterien und Nutzen von Produktzertifikaten für die Nanotechnologie. Da die Entwicklung von Standards weitgehend noch nicht abgeschlossen sei, könnten sich Zertifikate derzeit nicht auf internationale oder nationale Standards beziehen. Auch eine spezifische Nanoregulierung sei nicht abzusehen. Klein sieht in Zertifikaten eine große Chance: „Zertifikate können gerade jetzt in der Zeit noch fehlender Standards und Regulierungen sowohl bei privaten als auch gewerblichen Kunden als vertrauensbildende Maßnahme eingesetzt werden.“ Wichtig sei, die Zertifizierungskriterien für den Kunden transparent zu machen und unbedingt den aktuellen Stand der Technik zu berücksichtigen.


bereits die Gelegenheit, mit den hiesigen Referenten zu sprechen. Damit ist der Grundstein gelegt, um im Anschluss gemeinsame Projekte anzustoßen“, sagten Ph.D. Andrey Burov vom Institute of Computational Modeling und Pr.Sc. Alexey Puzyr vom Institute of Biophysics Siberian Branch of Russian Academy of Science.

Länderpartnerschaft mit Russland und Weißrussland Eine Besonderheit des 6. Nanotechnologieforums war die Länderpartnerschaft mit Russland und Weißrussland. Mit der Gründung der staatlichen Holding Rusnano versucht sich Russland in die Spitzengruppe der internationalen NanoBewegung einzureihen. Rund ein Dutzend russische Wissenschaftler und fast ebenso viele Unternehmen folgten der Einladung von HessenNanotech und dem Ost-West-Wissenschaftszentrum der Uni Kassel zum Fachkongress in Hanau und präsentierten ihre Forschungsergebnisse. Das Wissenschaftskooperationszentrum verfolgt das Ziel, den wissenschaftlichen Austausch mit den Ländern Ostmittel- und Osteuropa zu fördern und arbeitet an länderübergreifenden Projekten mit. Dazu gehören zum Beispiel der Deutsch-Russische Kooperationsverbund Biotechnologie oder auch Hessen goes East – Marketing Hessischer Umweltforschung und -Technologien in Russland. „Wir sind zum Nanotechnologieforum angereist, um Erkenntnisse über die Nano-Welt zu gewinnen. Heute hatten wir

„Für Russland ist es hochinteressant, Partner in Deutschland zu finden, um von dem technologischen Know-how zu profitieren. Für Deutschland ist wiederum der russische Markt sehr interessant. So ergibt sich eine Win-Win-Situation“, sagte Elena Harrer, Geschäftsführerin der Expont GmbH (Bad Homburg), die zwischen deutschen und russischen Unternehmen vermittelt. Neben Wissenschaftlern nutzten auch mehrere russische Unternehmensvertreter das Nanotechnologieforum als Kontaktplattform.

„Der Chemiestandort Hessen hat sich zum Nanostandort weiterentwickelt und scheut nicht den internationalen Vergleich. Als Professor an der Johannes Gutenberg Universität Mainz freue ich mich natürlich, dass Hessen für diese Veranstaltung auch Experten anderer Bundesländer mit an Bord genommen hat“, so Prof. Dr. Werner E. G. Müller vom Institut für Physiologische Chemie (Bild). Kollege Prof. Dr. Wolfgang Tremel fügt hinzu: „Mit den heutigen Vorträgen und dem Congress Park Hanau als Veranstaltungsort hat das Land Hessen eine sehr gute Wahl getroffen.“

Marktplatz Nanotech Ergänzt wurde das Wortprogramm durch eine Begleitausstellung, die viele Besucher anzog. Rund 35 Unternehmen und Forschungseinrichtungen nutzten den „Marktplatz Nanotech“, um

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Auch das Deutsche Kunststoff Institut (DKI) aus Darmstadt und die JustusLiebig-Universität Gießen nutzen den „Marktplatz Nanotech“ zur Vorstellung ihrer neuesten Forschungsergebnisse.

sich sowie ihre Produkte und Dienstleistungen vorzustellen. „Als größter Industrieparkbetreiber im MainKinzig-Kreis ist die Teilnahme am Nanotechnologieforum bei uns Programm“, sagte Burkhard Ullmann, Marketing Manager bei der ipw (Industriepark Wolfgang GmbH) und Produktmanager Uwe Schneider ergänzte: „Wir präsentieren einen neuen Nanopartikel-Reaktor, in dem gezielt Nanopartikel hergestellt werden können. Gebaut wurde der Reaktor im Servicezentrum Technik des Industrieparks Wolfgang.“ Zum ersten Mal dabei war unter anderem das Unternehmen Zinsser Analytic aus Frankfurt. „Für uns bietet die Veranstaltung eine gute Gelegenheit, Kontakte zu Entwicklern und Anwendern zu knüpfen, für die unsere Produkte interessant sind. Zinsser Analytic produziert Geräte zur Automatisierung von chemischen Abläufen sowie zur Herstellung von Nanopartikeln“, so Geschäftsführer Werner Zinsser. Neben Anwendern und Anbietern von Produkten rund um die Nanotechnologie hatte auch die Frankfurter Patentanwaltskanzlei Dr. MeyerDulheuer & Partner einen Ausstellungsstand. „Mit der Teilnahme am Nanotechnologieforum

Boris Zaritski, Senior Konsul der Russischen Föderation, nutzte die Gelegenheit, sich über den Nano- und MaterialtechnologieStandort Hessen zu informieren und neue Kontakte zu knüpfen.

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Dr. Eckhard Rikowski vom Forschungsschwerpunkt Nanomaterialien an der TU Darmstadt erklärte an einem Modell die Herstellung von Nanoreaktoren basierend auf Kohlenstoff-Nanoröhren.

gehen wir neue Wege. Wir möchten genauso innovativ am Markt agieren wie unsere Kunden. Da jedes Unternehmen, das etwas entwickelt und die Schutzrechte einhalten möchte, ein potenzieller Mandant eines Patentanwaltes ist, ist das Nanotechnologieforum eine sehr gute Plattform für uns. Patente kosten zwar erst einmal etwas, sie bieten jedoch auf lange Sicht einen Unternehmenswert, der sich auch zu Buche schlägt“, so Dr.-Ing. Matthias Heger.

„Das Nanotechnologieforum Hessen ist ein Marktplatz der Nano-Köpfe – ähnlich einer Messe. Ich bin heute hier, um weitere Kontakte zu Menschen aus dem Nano-Geschäft zu knüpfen. Mit einigen werde ich mich sicherlich im Nachgang noch einmal treffen, um die Gespräche zu intensivieren“, so Dieter Bögel vom Bad Nauheimer Beratungsunternehmen Bögel & Partner – The MedExpert Group.

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Marine Nanobiotechnologie: Neue Zahnpflegemittel aus dem Meer Aus der Forschung

nes Gutenberg-Universität Mainz aus dem Exzellenzzentrum „BIOTECmarin“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung ausgründet. Müller gilt auf dem Gebiet der Biosilica-Forschung bei Schwämmen als international führend.

Querschnitt einer Schwammnadel mit zahlreichen schichtartigen Biosilicat-Lamellen. Um einen zentralen Kanal (Mitte - Blau) sind zahlreiche (lichtdurchlässige) Lamellen angeordnet.

In den letzten Jahren wurde zunehmend erkannt, dass die Natur oft geniale Vorbilder für neuartige technische Entwicklungen oder medizinische Therapieansätze liefert. Ein solches Modell liefern auch Meeresschwämme, deren Skelett aus nadelförmigen Fasern (Spicula) aufgebaut ist (Abbildung oben rechts). Diese bestehen aus biologisch erzeugten Siliziumoxiden (Biosilica) und zeigen einen Aufbau aus zahlreichen, in einigen Fällen bis zu tausend Lamellen. Jede dieser nur mikroskopisch sichtbaren Lamellen (Abbildung oben) wird mit Hilfe eines Enzyms, genannt Silicatein, gebildet. Dies ist außergewöhnlich: Andere biogene Minerale wie Knochen oder Schalen von Muscheln entstehen über einen nicht-enzymatischen Mechanismus. Darüber hinaus wird Silicatein in das (bei Raumtemperatur!) gebildete anorganische Silicatmaterial eingebaut, wodurch dieses vorteilhafte Eigenschaften gegenüber rein anorganischem Silicat-Glas erhält: Hohe Flexibilität und Bruchfestigkeit. Ein derartiges Material kann rein chemisch nicht synthetisiert werden. Das von Silicatein gebildete Hybridmaterial Biosilica kann seine Vorteile in vielen Anwendungsbereichen ausspielen. Diese erstrecken sich von der Biomedizin über die Nano-Optik bis hin zur MikroElektronik. Ein Unternehmen, das nach dem Modell der Natur Silicatein und andere strukturgebende Proteine, die an der Biosilica-Bildung beteiligt sind, nutzt, ist die Mainzer Firma NanotecMARIN GmbH. Das Unternehmen wurde 2007 von Professor Dr. Werner E.G. Müller an der Johan-

Im Zentrum der Unternehmensaktivität steht die Anwendung von Silicatein und Biosilica zur Herstellung schützender Zahnbeschichtungen (Abbildung unten) sowie für Beschichtungen von Knochen-Implantaten. Durch Biosilica lassen sich anpassungsfähige Nanobeschichtungen aufbauen, welche Zähne vor Karies schützen. Silicatein besitzt darüber hinaus noch eine weitere wichtige Eigenschaft: Es wirkt stimulierend auf die Knochenbildung. Hierbei fördert es die Rekrutierung knochenbildender Zellen und deren Mineralisierung (Hydoxylapatitbildung). NanotecMARIN besitzt weltweit die Patente zur Herstellung des rekombinanten Silicateins und zu dessen technologischer/medizinischer Anwendung. Das Unternehmen sucht derzeit regionale Partner aus Industrie und Forschung zur gemeinsamen Entwicklung weiterer Applikationen und zur Kommerzialisierung bereits erprobter Lösungen im medizinischtechnischen Bereich.

Biologisches Glasskelett aus der Tiefsee: der 20 cm große Schwamm Euplectella aspergillum.

Links: Zahnfissuren können die Ursache für Kariesentwicklung sowie Hypersensitivität der Zähne sein. Eine Biosilicatschicht (blau gezeichnet) verhindert den weiteren Zahnverfall. Rechts: Elektronenmikroskopische Aufnahme der Bildung einer schützenden Biosilicat-Nanoschicht.

Klaus Kropf, NanotecMARIN GmbH Telefon: 0 61 31-39 24 57 7 E-Mail: kropf@nanotecmarin.de

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Termine und Veranstaltungen

16.03.2010 NanoAnalytik

Hanau-Wolfgang

Fachtagung der Aktionslinie Hessen-Nanotech. In Kooperation mit AQura GmbH www.hessen-nanotech.de/nanoanalytik 29.03.-01.04.2010 Frankfurt Fourth Seeheim Conference on Magnetism Fachkonferenz der TU Darmstadt und des Karlsruhe Institute of Technology mit Unterstützung von DFG und Hessen-Nanotech http://www1.tu-darmstadt.de/magnetism/ 20.04.2010 Frankfurt NanoProduktion und -Verarbeitung – Spielregeln für einen sicheren Umgang Orientierungsseminar des TÜV Hessen und Hessen-Nanotech info@hessen-nanotech.de

Die Aktionslinie Hessen-Nanotech ist eine Maßnahme des Hessischen Ministeriums für Wirtschaft, Verkehr und Landesentwicklung Sebastian Hummel Kaiser-Friedrich-Ring 75 D-65185 Wiesbaden Tel. 06 11/ 8 15-24 71, Fax: -49 24 71 E-Mail: sebastian.hummel@hmwvl.hessen.de Internet: www.wirtschaft.hessen.de Projektträger ist die HA Hessen Agentur GmbH Alexander Bracht (Leiter), Markus Lämmer Abraham-Lincoln-Straße 38 - 42 D-65189 Wiesbaden Tel. 06 11/ 7 74- 86 14 oder -86 64, Fax: 06 11/ 7 74 - 86 20 E-Mail: alexander.bracht@hessen-agentur.de markus.laemmer@hessen-agentur.de Internet: www.hessen-agentur.de www.hessen-nanotech.de

Impressum Herausgeber Aktionslinie Hessen-Nanotech Alexander Bracht HA Hessen Agentur GmbH, Abraham-Lincoln-Straße 38 - 42, D-65189 Wiesbaden

21.04.2010 Mannheim nano+art. Der Wettbewerb 2009/10 - Preisverleihung

Redaktion Markus Lämmer, HA Hessen Agentur GmbH

Verleihung von Preisen an Wissenschaftlerinnen für Aufnahmen aus dem Nano-Kosmos. In Kooperation mit Hessen-Nanotech

Beiträge S. 6-9 redaktionell unterstützt durch Dr. Wolfgang Luther, VDI Technologiezentrum S. 10-14 Finck & Fuchs, Wiesbaden / Dr. Jürgen Sartorius, freier Fachjournalist

www.nano-4-women.de (> Spezial nano+art – Der Wettbewerb) 22.04.2010 Berlin Impulsveranstaltung „Innovationen für die Entwicklungshilfe“ Abendveranstaltung in der hessischen Landesvertretung info@hessen-nanotech.de 31.05.-02.06.2010 Frankfurt LOPE-C 2010 - Large Area, Organic & Printed Electronics Convention Internationaler Kongress sowie Messe der Organic Electronics Association (OE-A) (eine Arbeitsgruppe des VDMA) und der Messe Frankfurt Ausstellungen GmbH (MFA) www.lope-c.com 22.09.2010 Hanau-Wolfgang Innovationskonzepte Made in Hessen Veranstaltung der Evonik Degussa GmbH und Hessen-Nanotech info@hessen-nanotech.de 01.12.2010

Darmstadt

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Titelbild Pitopia (Hightower_NRW) Bildmaterial S. 3 Pitopia (Zohrab Markarian), Deutsche Bauchemie / S. 5 2009 Step Award / S. 6–8 Muhr D+W, PD Dr. Andreas Braun (Uni Bonn) / S. 9 Fotolia (Yuri Arcurs), GDF / S. 10–14 Stefan Wildhirt / S. 15 Prof. Dr. Werner E.G. Müller (Uni Mainz) Gestaltung Muhr, Design + Werbung, Seerobenstraße 27, D-65195 Wiesbaden www.muhr-partner.com Druck Bernecker MediaWare AG, Unter dem Schöneberg 1, D-34212 Melsungen Erscheinungsweise 6-mal pro Jahr (kostenlos) Auflagenhöhe 7.000 Stück Newsletter-Abonnement www.hessen-nanotech.de/Newsletter

Fachkongress der Aktionslinie Hessen-Nanotech info@hessen-nanotech.de Weitere Veranstaltungsinformationen finden Sie unter www.nanoportal-hessen.de.

Der Herausgeber übernimmt keine Gewähr für die Richtigkeit, die Genauigkeit und die Vollständigkeit der Angaben sowie für die Beachtung privater Rechte Dritter. Die in der Veröffentlichung geäußerten Ansichten und Meinungen müssen nicht mit der Meinung des Herausgebers übereinstimmen.

In der nächsten Ausgabe lesen Sie: Vom Nanomaterial zum marktfähigen Produkt

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