Hierarchische Strukturen biologischer und bio-inspirierter Materialien

Hierarchische Strukturen biologischer und bio-inspirierter Materialien

Das Hauptziel der Arbeitsgruppe ist es, die Rolle der Struktur in biologischen und bio-inspirierten Materialien in Bezug auf ihre biologische Funktion, mechanische Eigenschaften und Materialdesign zu verstehen. Dazu untersuchen wir die strukturelle Anordnung von zellulären, organischen und mineralischen Phasen in biologischen Geweben (z.B. Knochen) und synthetischen Hybridmaterialien (z.B. Polymer-Keramik-Hybride) mit Hilfe von hochauflösenden 2D- und 3D-Bildgebungstechniken aus der Materialwissenschaft.

Ergänzend zu den Struktur-Eigenschafts-Beziehungen untersuchen wir dynamische Prozesse in Materialien. Im Fall von Knochen umfassen diese Prozesse die Mineralisierung der organischen Matrix, die z.B. während der Knochenneubildung und -heilung stattfindet, sowie Strukturveränderungen durch mechanische Belastungen.

Die Forschungsarbeit an synthetischen Hybridmaterialien umfasst Strukturuntersuchungen im gesamten Spektrum von rein keramischen (z.B. Aerogele) bis hin zu rein polymeren Materialien (z.B. durch Spinnenseide inspirierte Fasern) sowie die künstliche Mineralisierung nativer Kollagenmatrizen. Damit werden mögliche Designprinzipien und Herstellungsprozesse für komplexe Materialien unter Verwendung nachwachsender Rohstoffe untersucht.

Unser Ansatz basiert hauptsächlich auf Techniken, die es ermöglichen die Mikro- und Nanometerstruktur dieser Materialien zu charakterisieren, insbesondere Klein- und Weitwinkel-Röntgenstreuung (SAXS, WAXS), konfokale Laser-Scanning-Mikroskopie (CLSM), Nanoindentation (NI) und Rasterelektronenmikroskopie (SEM).


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