Leistungen und Ergebnisse Jahresbericht 2004 · dass zukünftige Kryobanken zur Abla-ge von...

Leistungen und ErgebnisseJahresbericht 2004

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Jahresbericht 2004 1

Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik IBMT

Jahresbericht 2004

Auswandernde Zellen aus einem Zellaggregat, das sich aus Stammzellendurch spontane Differenzierung gebildet hat (Foto: C. Kruse).

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2 Jahresbericht 2004

Das Jahr 2004 ist, obwohl keine wirt-schaftliche Erholung eintrat, dennochfür die Entwicklung der Biotechnologieweltweit als erfolgreich einzustufen.Dies schlägt sich allerdings nicht in Fir-menneugründungen oder sprunghaf-ten Veränderungen der Bilanzen dereinschlägigen Biotechnologieunterneh-men nieder. Der Erfolg liegt in der Vor-bereitung eines erneuten Wirtschafts-aufschwungs, vor allem der intensivenAkkumulation von Wissen, insbeson-dere von Daten aus der Genom-, Pro-teom- und Metabolom-Forschung. DieBioinformatik hat sich zudem etabliertund, getrieben durch die großenUnternehmen des Pharmabereiches,zum unverzichtbaren Bestandteil einerindustriellen Umsetzung biowissen-schaftlicher Erkenntnisse entwickelt.

Die Forschung wie industrielle Nutzungbiologischer Erkenntnisse werden inZukunft in immer stärkerem Maße vomraschen Zugriff auf den aktuellenStand des Wissens abhängen. Wesent-lich ist dabei die Unterscheidung vongeprüftem und ungeprüftem Wissen.Bei allen Vorzügen des Internets ist die-ser Punkt, d.h. die Zuverlässigkeit einerQuelle, bisher zu wenig ins Bewusst-sein der Benutzer gerückt und bleibtbeim Recherchieren häufig unerwähntund unberücksichtigt. Mehr und mehrgehen die Verlage wissenschaftlicherVeröffentlichungen und mit ihnen dieWissenschaftler der naturwissenschaft-lich-ingenieurwissenschaftlichen Diszi-plinen dazu über, ihre Publikationen soabzufassen, dass eine automatischeErfassung und Übernahme der Datenund Ergebnisse in Datenbanken mög-lich werden. Die Flut der jährlichenPublikationen in allen Sparten, insbe-sondere der Biowissenschaften undMedizin, erfordert dies zwingend. Auchdie Kontrollmechanismen der großenBiodatenbanken wurden geschärft, sodass immer zuverlässigere Aussagenmöglich werden. Es sollte dabei aller-dings nicht vergessen werden, dassbisher nur ein verschwindend kleinerAnteil der Genome, des Proteoms der

Zellen und der Wechselwirkungen alldieser Komponenten untereinanderausreichend erfasst ist. Eine jahrzehn-telange, in jedem Fall auch wirtschaft-lich lohnende Aufgabe des Sammelns,Bewertens und Vergleichens liegt voruns. Förderprogramme in aller Weltunterstützen diesen Prozess, dessenFrüchte wir über Jahrzehnte erntenwerden. Das Sammeln, Komprimieren,Sortieren und Gruppieren von Informa-tionen und Erkenntnissen werden zurdominierenden Aufgabe unsererGesellschaft werden. Die Verfügbarkeitund Verständlichkeit der Darstellun-gen, vor allem die Intelligenz der Ver-knüpfungen und sachgemäßer Verkür-zungen werden entscheidend die Nut-zungseffizienz bestimmen. DerartigeAspekte werden ausschlaggebend fürdie industrielle und gesellschaftlicheEffizienz unserer Gesellschaft werden.

Von gleicher Bedeutung wie die Akku-mulation und Prüfung von Wissen istder technologische Fortschritt, dennnur dieser lässt eine risikominimierte,betriebswirtschaftlich vertretbare prak-tische Umsetzung zu. Auch dieses Feldwird seit mehreren Jahren weltweit mitsteigendem Engagement im Rahmenstaatlicher Forschungsprogramme undim letzten Jahr wieder mit wachsenderindustrieller Beteiligung gefördert.Deutlich wird dies an Großprojekten,wie sie derzeit auf nationaler, aberauch internationaler Ebene, z.B. imRahmen der Integrierten Projekte derEuropäischen Union, angelaufen sind.Das Fraunhofer IBMT ist in führenderWeise an diesem Prozess beteiligt. DieStrategie des Institutes ist traditionellauf die Technologieentwicklung in dreiGebieten ausgerichtet: der molekula-ren Biotechnologie, der zellulären Bio-technologie und der Medizintechnik.Von besonderem Interesse für Anwen-dungen aller drei Forschungs- und

Vorwort

Institutsleiter Prof. Dr. Günter Rolf Fuhr.



Geschäftsfelder ist die regenerativeMedizin. Das nebenstehende Schemazeigt die Breite der dafür notwendigenund nunmehr am IBMT verfügbarenKompetenzen.

Vergleicht man die Labore einer biolo-gisch-medizinischen Forschungseinrich-tung mit den Produktionsstätten einerStart-up-Firma der Biotechnologie, sosind die Unterschiede in der Regelgering. Das verwundert, da die Anfor-derungen wie flexible Universalität fürdie Forschung einerseits und produkt-orientierte Ausrichtung andererseitssehr verschieden sind. Diese zur Ver-anschaulichung der Situation etwasüberzogene Darstellung soll verdeutli-chen, dass die Entwicklung produkti-onstechnischer Verfahren und neuerManipulationsprinzipien von herausra-gender Bedeutung ist. Wir benötigensanfte Handhabungsmittel zur indivi-duellen Charakterisierung und Manipulation von Zellen in vitro beigleichzeitig produktionstechnischerUmsetzbarkeit. Das erfordert zwingendAutomatisierung, den biologischenObjekten besser angepasste Hand-habungswerkzeuge, zerstörungs- undbelastungsfreie Einzelzellcharakteri-sierungsprinzipien und die intelligenteVerarbeitung sowie Ablage von großenDatenmengen.

Wie soll ein Labor, wie eine biotechno-logische Produktionsstätte in Zukunftaussehen? Diese Frage ist heute zubeantworten, will man Fehlinvestitio-nen und spätere Korrekturen vermei-den, da es erfahrungsgemäß sehrschwer ist, aus dem laufenden Betriebeiner Einrichtung heraus grundsätz-liche Änderungen in Produktionsab-läufen vorzunehmen. Das FraunhoferIBMT beschäftigt sich daher seit mehrals drei Jahren über zukunftsweisendeGeräteansätze und in neuartig struktu-rierten Räumen mit Fragestellungender schonenden und parallelen Hand-habung von molekularen und zellu-lären Einheiten. Die Entwicklung desletzten Jahres gibt uns in vollem

Umfang Recht. Verfahren der belas-tungsarmen und zerstörungsfreien Einzelzellcharakterisierung, die exakteGruppierung von Zellen für das TissueEngineering sowie die lagegenaue,oberflächenbasierte Tieftemperatur-konservierung von Zellen auf struktu-rierten Substraten werden intensivnachgefragt. Die dafür erforderlichenTechniken reichen von der Nanobio-technologie über die Mikrosystemtech-nik und den Gerätebau bis hin zu dentraditionellen Feldern der Medizintech-nik. All das steht im IBMT zur Ver-fügung und wird von einem gut struk-turierten und projektbezogen operie-renden Mitarbeiterstab für die angewandte Forschung eingesetzt.

Ein wichtiges Forschungs- undGeschäftsfeld des IBMT wird in dennächsten Jahren die Entwicklung standardisierter und modular auf-gebauter Laboreinheiten bilden. Es ist

zu beobachten, dass man in derEuphorie eines bevorstehenden zwei-ten Biotechnologiebooms bei der Kon-zeption der Labore und Fertigungsan-lagen dabei ist, Fehler zu wiederholen,die man im technischen Bereich derHochtechnologien gerade zu korrigie-ren im Begriff steht. Ein Beispiel dieserArt sind die Reinsträume der Halblei-terindustrie. Auch die Biotechnologiebenötigt Reinstraum(Sterilraum)-Bedin-gungen (häufig GMP-konform). Inihrer Grundkonzeption und den defi-nierten Partikelklassen eignen sich diehalbleitertechnologischen Reinstraum-konzepte und Geräte mit wenigenModifizierungen auch für die Biotech-nologie und klinische Medizin. Siegarantieren definierte und sterileBedingungen bei einem hohen Gradan Automatisierung und weltweitemService. Scheinbar passen sie daherhervorragend zum Produktionseinsatzin der molekularen und zellulären Biotechnologie sowie regenerativenMedizin. Für diese Anwendung weisensie jedoch zwei gravierende Nachteileauf: Einmal rentieren sie sich nur, wenndie immensen Installations- undBetriebskosten auf ein Massenproduktumgelegt werden können. Zum ande-ren zwingen sie den Menschen in

Kryokonservierung

Molekulare Biochips

Biokompatibilität

Implantate

Stammzellforschung

In-vitro-Zellmanipulation/-differenzierung

Medizininstrumente

Nanotechnologie

Mikrosystemtechnik

Kryotechnologie

Bioinformatik

Materialwissenschaft

Geräte- & Anlagenbau

Biophysik/-chemie

Biotechnologie

RegenerativeMedizin

Medizintechnik

Biomedizinische Grundlagenforschung

Abbildung: Forschungs- und Geschäftsfelder des IBMT.



Kleidung, Ausrüstung und Verhaltenzu einer zunehmend weniger akzep-tierten Eingliederung in die Produkti-onsabläufe. Die fast vollständig denMenschen umhüllende obligateSchutzkleidung, das Durchlaufen vonSchleusen beim Betreten und Verlassender Räume und die zeitraubenden Reinigungs- und Dekontaminierungs-prozeduren werden als belastend empfunden. Nach einer Phase immergigantischer werdender Reinsträumelassen sich daher gegenwärtig in derHalbleiterindustrie zwei Tendenzenerkennen, die auch für die Biotechno-logie bedeutungsvoll sind. Einmal dieAusgliederung des Menschen aus denProduktionslinien, verbunden mit einernahezu vollständigen Automatisierungder Abläufe, zum anderen die Entwick-lung kleiner, flexibler Hochreinheits-und Spezialbereiche nur dort, wo siewirklich gebraucht werden.

In der Biotechnologie liegen die Proble-me noch etwas anders, die Konse-quenzen zur Lösung sind jedoch sehrähnlich. Auch hier stört der Mensch inmanchem Produktionsablauf, wirdallerdings gleichzeitig für hochqualifi-zierte Arbeiten und Korrekturengebraucht. Eine vollständige Automati-sierung wird daher hinter Teilautomati-sierungslösungen in den nächsten Jahren zurückstehen. Die lokalen Steril-bereiche, insbesondere aber modulareKonzepte treffen genau die Anfor-derungen der Biotechnologie in Forschung und Industrie. Es wäre diegünstigste Lösung, wenn in derartigenLaboren ohne besondere Schutz-kleidung und in sicherer Abtrennungvom modularen Innenraum gearbeitetwerden könnte und Module bei Bedarfoder auch im Falle einer Havarieabschottbar ausgetauscht würden.Erste Konzepte haben wir in unsererZweigstelle in Sulzbach (Saar) bereits inder Erprobung und zur Demonstrationaufgebaut.

Das Jahr 2004 war für das IBMT in vielerlei Hinsicht ein markantes Jahr.Nach dreijähriger Entwicklungs- undInstallationszeit wurde im Septemberdie Fraunhofer-Kryotechnologie-Platt-form zur Lebendkonservierung undLangzeitablage biologischer Proben bei Temperaturen unter -130 °C fertiggestellt. Eine der weltweit modernstenautomatisch operierenden Kryohallenmit einer Funktionsfläche von über 1000 m2 steht als Forschungs- und Entwicklungs-, aber auch als Demons-trationsbank in industrieller Skalierungzur Verfügung. Wir gehen davon aus,dass zukünftige Kryobanken zur Abla-ge von Blutproben, Zellsuspensionen,Tumormaterial bis hin zu patienten-bezogenen Stammzelldepots Standardsund Technologieelemente dieser tech-nologischen Modellbank übernehmenwerden, wollen sie über längere Zeitkonkurrenzfähig bleiben.

Besuchen Sie uns und machen Sie sichein Bild von den Biotechnologieent-wicklungen, insbesondere einer Kryo-und Labortechnik, deren KernelementeSicherheit, geringster Personalbedarf,hochautomatisierbarer Betrieb undhöchste Qualitätsstandards bilden.

Das vergangene Jahr ist auch mit demEinstieg des Fraunhofer IBMT in dieadulte Stammzellforschung verbunden.Das Institut ist von dem Weg, überkörpereigene Zellen zur individuellenPatientenbehandlung ohne Kompli-kationen mit dem Immunsystem zugelangen, überzeugt. Der Zeitraum biszu einer breiten biotechnologischenund klinischen Nutzung ist allerdingsschwer anzugeben. Es hängt sehrdavon ab, wie rasch Fortschritte beider Stammzellisolation, der In-vitro-Kultivierung und bezüglich einer defi-nierten und parallelisierbaren Zelldiffe-renzierung erzielt werden. Neben-effekte und potenzielle Gefährdungenmüssen zunächst abgeklärt werden.Ein sicheres Feld in diesem Forschungs-bereich bildet wiederum die Technolo-gieentwicklung, das Kerngeschäft des

Fraunhofer IBMT. Ohne Zweifel werdensanfte Zellmanipulationstechniken, Einzelzellklonierungs- und Pärchen-fusionssysteme und die bereitserwähnte Lagerung und Depothaltungvon Stammzellsuspensionen benötigt.Unter diesem Gesichtspunkt spielt eskeine Rolle, welche Stammzellquellendes Organismus später die klinischnutzbaren sein werden. Die Handha-bungstechnologien werden in jedemFall benötigt, weswegen das IBMT die-sem Feld in den letzten und nächstenJahren besondere Aufmerksamkeitgewidmet hat und widmen wird.

Die zeitnahe Entwicklung einer derartkomplexen Biotechnologie-Plattformkann nur gelingen, wenn parallel amInstitut eine hochrangige Stammzell-grundlagenforschung betrieben wird.Es ist wieder ein besonderes Ereignisdes Jahres 2004 für unsere For-schungseinrichtung gewesen, dassüber eine Kooperation mit der Univer-sität zu Lübeck eine Arbeitsgruppe fürZelldifferenzierung & Zelltechnologieunter der Leitung von Herrn Priv.-Doz.Dr. C. Kruse als Fraunhofer IBMT-Gruppe am Multifunktionszentrum desHochschulcampus in Lübeck installiertwerden konnte. In einer für die Fraun-hofer-Gesellschaft charakteristischraschen Strategieentscheidung undAnschubfinanzierung durch das IBMTund die Universität zu Lübeck konnteeine bisher nicht erkannte Stammzell-quelle in Tier und Mensch, exokrinesDrüsengewebe, geschützt und dererreichte internationale Vorsprung derArbeitsgruppe gesichert werden. Der



Zeitraum von nur drei Monaten vonder Prüfung der Ergebnisse bis zurerfolgten Installation einer eigenstän-digen IBMT-Arbeitsgruppe belegt ent-gegen der häufig zu hörenden Kritikdie Funktionsfähigkeit der Forschungs-instrumente in Deutschland. Dank dieser Kompetenz und Kapazität stehtdas Fraunhofer IBMT nunmehr auchzur technologischen Konsultation aufdem Gebiet der Stammzellhandha-bung und ihrer Ablage und Konservie-rung für Kunden aus der Forschungund Industrie zur Verfügung.

Durch die Entwicklungen des vergan-genen Jahres ist nicht nur das Spek-trum des Institutes, sondern ergänztdurch die Beiträge der drei Partner-Institute (ITEM, IME und IGB) auch das des Fraunhofer-Life Science-Verbundes erheblich erweitert und derangewandten Forschung angepasstworden. Diese strategische Entwick-lung wird vom Vorstand der Fraun-hofer-Gesellschaft unterstützt und inden Folgejahren verbundsübergreifendfortgesetzt. Wir danken unseren wis-senschaftlichen Partnern und Kundenfür die gute Zusammenarbeit und dasVertrauen zur Lösung der von ihnengestellten Aufgaben sowie dielangjährige Treue. Das Institut ist auchim kommenden Jahr bereit und gerüs-tet, seine Kräfte zur Lösung bio-wissenschaftlich-biotechnologischerund medizintechnischer Aufgaben einzusetzen und neue Felder in seineForschungs- und Geschäftsbereicheaufzunehmen. Die gute Entwicklungder letzten Jahre wurde neben denIdeen vor allem durch das Engagementund die Begeisterung der Mitarbei-terinnen und Mitarbeiter des Institutesmöglich, wofür an dieser Stelle allenWissenschaftlern, Ingenieuren, Labo-ranten und Technikern im Namen derFraunhofer-Gesellschaft und der Institutsleitung gedankt sei.

Besuchen Sie unsere Einrichtung odernehmen Sie Kontakt zu uns auf. Überdie in kurzen Abständen aktualisiertenWebseiten können Sie sich über denVerlauf der Arbeiten und über denRahmen des vorliegenden Jahres-berichtes hinaus informieren.

St. Ingbert, den 10. Dezember 2004 Prof. Dr. Günter R. Fuhr



Vorwort 2

Das Institut im Profil 8Ziele 10Kurzporträt 11Organisation und Ansprechpartner 12Arbeitsschwerpunkte 14Spatenstich zum Neubau des Fraunhofer IBMT in Golm 15Kompetenzen und Anwendungen 18Kuratorium 18Wissenschaftliche Ereignisse des Jahres 19

Das Forschungs- und Dienstleistungsangebot 22Institutsspezifische Angebote zur Vertragsforschung 23Verträge und Patentvereinbarungen 25Kunden 25Innovationskatalog 26Kontakt und weitere Informationen 29

Das Institut in Zahlen 30Mitarbeiterentwicklung 31Betriebshaushalt 31Vertragsforschung mit der Wirtschaft 31

Die Fraunhofer-Gesellschaft auf einen Blick 32Landkarte mit Forschungseinrichtungen 32Gesamtkompetenz im Überblick 33Forschungsfelder 34Zielgruppen 34Leistungsangebot 34Vorteile der Vertragsforschung 34

Ausgewählte Forschungsergebnisse und Anwendungen 35

Mikrosysteme/Lasermedizin 36Multiphotonen-Tomographie von Hauttumoren mittels Femtosekunden-Laser 40

Biohybride Systeme 44»Creep Manipulation« von Zellen – Zellmanipulation mit Hilfe ultralangsamer, an die Zelldynamik angepassterInstrumentbewegung 48

Medizintechnik & Neuroprothetik 52Mikroelektroden, technische Schnittstelle an Nerven als Mensch-Maschine-Schnittstelle am Beispiel Prothesensteuerung 55

Inhalt



Molekulare Bioanalytik & Bioelektronik 58Transkription auf dem Chip – Neue Wege der Integration von Biotechnologie und Mikrosystemtechnik 62

Zelluläre Biotechnologie & Biochips 66Bioaktive Oberflächen und Zellassays 70

Kryobiophysik & Kryotechnologie 76Integrierte Kryotechnologien 80

Zelldifferenzierung & Zelltechnologie 84Adulte Stammzellisolate aus exokrinem Gewebe 87

Ultraschall 90Ultraschall zur Navigation in der Schädelbasischirurgiein Kleinserien 94

Medizin-Telematik 98IBMT-Technologie auf dem Vormarsch – weitere KVen schließen sich der D2D-Initiative an 101

Computerunterstützte Simulationen 104Die Kunst der Visualisierung 107

Biomedizinische Kompetenzzentren 110Kompetenzzentren für Biomedizintechnik am IBMT 113

Faktenteil 116

Namen, Daten, Ereignisse 117Internationale Gäste: Wissenschaftler, Stipendiaten, Gastdozenten 118Personalia 118Messe- und Veranstaltungsspiegel 122

Wissenschaftliche Veröffentlichungen 123Diplomarbeiten und Promotionen 123Publikationen/Vorträge 124Patente 135

Impressum 136



Das Institut im Profil

– Ziele– Kurzporträt – Organisation und Ansprechpartner– Arbeitsschwerpunkte– Spatenstich zum Neubau des Fraunhofer IBMT in Golm –

ein Gebäude für Biochips, Schneealgen und Stammzellen– Kompetenzen und Anwendungen– Kuratorium– Wissenschaftliche Ereignisse des Jahres– Zukunftsfeld Nanobiotechnologie: CellPROM –

Integriertes Projekt der Europäischen Union

Mutterinstitut in St. Ingbert


Humboldt-Universität zu Berlin

Lübeck

Shenzhen, China


Sulzbach

Nuthetal


Ziele


Das Fraunhofer-Institut für Biomedizi-nische Technik (IBMT) ist eines der vierInstitute des Life Science-Verbunds derFraunhofer-Gesellschaft und konzen-triert sich vornehmlich auf die Techno-logieentwicklung. Seit seiner Grün-dung im Jahre 1987 ist das FraunhoferIBMT Partner der Wirtschaft bei derBearbeitung von Aufgabenstellungenin den Gebieten Biomedizin-/Medizin-technik, Lasermedizin, Biotechnologie,Gesundheitstelematik, Umwelttechnik,Laborentwicklung, Kryotechnologie,Materialprüftechnik, Haus-, Klima- undSicherheitstechnik sowie industrielleProzessautomatisierung und Inline/on-line-Prozessüberwachung, insbesonde-re für die Nahrungsmittel-, chemischeund pharmazeutische Industrie. DasInstitut unterstützt den »gelebten«Technologie-Transfer in die Medizinund Biotechnologie und in die unter-schiedlichsten Bereiche der produzie-renden Industrie und wissensintensivenDienstleistung. Kernkompetenzen sindauf die Nicht- bzw. Minimal-Invasivität,Miniaturisierung, Ankopplung techni-scher Mikrosysteme an biologischeMikrosysteme (Biohybrid-Systeme,Molekulare Bioanalytik, Neuroprothetik),molekulare und zelluläre Biotechnologie,Nano(bio)technologie, Kryotechnolo-gie, Biokompatibilität, Ultraschall-Technik, Sensor-Fertigungstechnik,magnetische Resonanz, telemetrischeDaten- und Energieübertragung, multilokale Sensorik verbunden durchKommunikationstechnik sowie telema-tische Systeme ausgerichtet. Schwer-punkte sind Anwendungen in dermedizinischen Diagnostik, Therapieund Therapiekontrolle sowie diesenThemen analoge Fragestellungen ausindustriellen Bereichen. Wesentlicheneue Schwerpunktfelder bilden dieMethoden und Technologien zurindustriellen Umsetzung der molekula-ren und zellulären Biotechnologie unddie Kryotechnologie zur Lagerunglebender Proben bei tiefen Tempera-turen sowie die Isolation, Kultivierung

und Differenzierung von Stammzellenfür die regenerative Medizin. Der Tech-nologie-Transfer aus der Grundlagen-forschung wird entlang der Innova-tionsschiene über die wissenschaftlich-technische Beratung, Machbarkeits-studie, Prototypentwicklung, Feldtestsbis hin zur Fertigungstechnologie realisiert. Ausgründungen des IBMTübernehmen bei Bedarf die System-fertigung als Service-Leistung, so dasseine schnellstmögliche Umsetzung derWünsche unserer Kunden bis hin zumMarkt gegeben ist. Weitere Geschäfts-felder stellen die Beratung von Venture-Capital (VC)-Gesellschaften, die Erar-beitung von Studien und Gutachtensowie die Begleitung von Start-up-Unternehmen dar. Das IBMT ist in fünfRegionen (Saarland, Berlin, Branden-burg, Schleswig-Holstein, Shenzhen(China)) tätig und erfüllt somit in diesen Regionen übergeordnete Auf-gaben bei der regionalen Umstruktu-rierung mit globaler Orientierung undSchaffung neuer regionaler Arbeits-marktpotenziale.

Das Institut im Profil



Mit der Gründung des Instituts für Biomedizinische Technik bzw. einesVorläufers im Jahre 1987 verfolgte dieFraunhofer-Gesellschaft das Ziel, natur-und ingenieurwissenschaftliche For-schung, moderne Technik und Techno-logie-Transfer im Bereich der klinischenForschung im Saarland in Zusammen-arbeit mit den Universitätskliniken inHomburg/Saar voranzutreiben. DasGründungsinstitut hat seinen Sitz in St.Ingbert (Saarland) und wird seit dem01. April 2001 von Prof. Dr. GünterRolf Fuhr geleitet, der zum gleichenDatum einen Ruf auf den Lehrstuhl fürBiotechnologie und Medizintechnik ander Medizinischen Fakultät der Univer-sität des Saarlandes annahm. Sein Vor-gänger, Prof. Dr. Klaus Gersonde, folgte1987 einem Ruf auf den neu einge-richteten Lehrstuhl für Medizintechnikim Fachbereich Klinische Medizin derMedizinischen Fakultät der Universitätdes Saarlandes und übernahm zugleichals Ko-Direktor des Fraunhofer-Institutsfür Zerstörungsfreie Prüfverfahren(IZFP) die Leitung des Vorläufers desIBMT, der Hauptabteilung Medizintech-nik des Fraunhofer-Instituts für Zer-störungsfreie Prüfverfahren (IZFP) in St.Ingbert, die sich dann aufgrund einerstetigen Entwicklung 1992 als selb-ständiges Fraunhofer-Institut für Bio-medizinische Technik (IBMT) etablierte.Im Jahre 1994 wurde in konsequenterWeiterentwicklung des bisher prakti-zierten Technologie-Transfers die IBMT-Außenstelle Sulzbach/Saar gegründet,in der die Arbeitsgruppe Sensorferti-gung ihre Tätigkeit aufnahm.

Das Institut finanziert sich über For-schungs- und Entwicklungsaufträgevon öffentlichen und privaten (indus-triellen) Auftraggebern. Die enge Ver-bindung von Medizintechnik, Biotech-nologie und Mikrosystemtechnik ver-leiht ihm eine herausragende Stellungin Europa. Seit 1997 befindet sich imIBMT am Standort Sulzbach/Saar das

European Center of Competence forBiomedical Microdevices (MEDICS). MitWirkung vom 01.10.1998 wurde unterder Leitung von Prof. Dr. Nai-Teng Yu(The Hong Kong University of Scienceand Technology, HKUST) die IBMT-Repräsentanz China in Shenzhen,Guandong ins Leben gerufen (FTeCS),die als weiterer Bestandteil des IBMT-Netzwerkes die Verbindungen zu Pro-vinzregierungen und Industrie in Chinaaufbaut. Im Jahre 2000 wurden dieChina-Aktivitäten durch das Fraunho-fer-IBMT Technology Center in Xiamen(FTeCX) abgerundet.

Am 01. April 2001 fand der altersbe-dingte Wechsel in der Leitung desFraunhofer IBMT statt. Professor Fuhrist Biophysiker und wechselte von derHumboldt-Universität (Lehrstuhl fürMembranphysiologie seit 1993 bei paralleler Vertretung des Lehrstuhls fürExperimentelle Biophysik seit 2000) indie Fraunhofer-Gesellschaft und an dieUniversität des Saarlandes. Er ist wieauch sein Amtsvorgänger neben derMitgliedschaft in der MedizinischenFakultät kooptiertes Mitglied der Fakul-tät Physik und Mechatronik sowie Mit-glied des Zentrums für Bioinformatikweiterhin kooptiertes Mitglied derHumboldt-Universität zu Berlin. Profes-sor Fuhr promovierte 1981 auf demGebiet der Photomorphogenese höhe-rer Pflanzen, 1985 habilitierte er sich inder Biophysik. Im Jahr 1999 gründeteer ein Zentrum für Biophysik und Bioin-formatik an der Humboldt-Universitätzu Berlin, dessen erster Direktor er biszu seinem Ausscheiden am 01. April2001 war.

Das IBMT ist in den Verbund von 80 Fraunhofer-Einrichtungen, davon58 Institute, eingegliedert. Am IBMTwaren in diesem Jahr 102 wissen-schaftliche und 47 sonstige (Technik &Verwaltung) Mitarbeiterinnen und Mit-arbeiter sowie 30 studentische Hilfs-kräfte und 45 Praktikanten beschäftigt.Über den Leiter der Abteilung Moleku-lare Bioanalytik & Bioelektronik,

Prof. Dr. Frank Bier (Lehrstuhl fürAngewandte Bioelektronik und Bio-chip-Technologie), ist das Institut nunmehr auch eng an die PotsdamerUniversität angebunden. Eine Professurfür Biomedizinische Technik verbindetdas IBMT mit der Hochschule für Tech-nik und Wirtschaft (HTW) des Saarlan-des. Zusätzlich beherbergte das Institut16 Gastwissenschaftler und eine Juniorprofessur mit Anbindung an dieUniversität des Saarlandes.

Das Institut ist entsprechend seinenArbeitsgebieten in sieben Abteilungengegliedert: Mikrosysteme/Lasermedi-zin, Biohybride Systeme, Kryobiophysik& Kryotechnologie, Molekulare Bioana-lytik & Bioelektronik, Zelluläre Biotech-nologie & Biochips, Ultraschall sowiedas Fraunhofer-IBMT Technology Center Shenzhen & Xiamen (China).Die Abteilungen werden als eigenstän-dige »Profit«- und »Cost«-Zentrengeführt. Neben den Abteilungen sindunabhängige Arbeitsgruppen instal-liert, die sich auf dem Entwicklungs-weg hin zu einer Abteilung bewegen.Seit September 2001 ist das IBMTGründungsmitglied des Fraunhofer-Verbundes »Life Sciences«.

Kurzporträt



Institutsleitung Prof. Dr. Günter R. Fuhr +49 (0) 6894/980-100 [email protected]

Verwaltungsleitung Bärbel Walter +49 (0) 6894/980-104 [email protected]

Marketingleitung/Öffentlichkeitsarbeit Dipl.-Phys. Annette Eva Maurer +49 (0) 6894/980-102 [email protected]

Abteilungen und Arbeitsgruppen:

Mikrosysteme/Lasermedizin Prof. Dr. Karsten König +49 (0) 6894/980-150 [email protected]

Magnetische Resonanz Priv.-Doz. Dr. Frank Volke +49 (0) 6894/980-405 [email protected]

Miniaturisierte Systeme Dr. Thomas Velten +49 (0) 6894/980-301 [email protected]

Lasermedizin Dr. Iris Riemann +49 (0) 6894/980-190 [email protected]

Biohybride Systeme

Zell-basierte Sensorik & Biomonitoring Dr. Hagen Thielecke +49 (0) 6894/980-162 [email protected]

Molekulares Zell- & Tissue Engineering Priv.-Doz. Dr. Hagen von Briesen +49 (0) 6894/980-286 [email protected]

Medizintechnik & Neuroprothetik Prof. Dr. Klaus-Peter Hoffmann +49 (0) 6894/980-401 [email protected]

Neuroprothetik Dr. Klaus-Peter Koch +49 (0) 6894/980-404 [email protected]

Neuromonitoring Prof. Dr. Klaus-Peter Hoffmann +49 (0) 6894/980-401 [email protected]

Kryobiophysik & Kryotechnologie Prof. Dr. Heiko Zimmermann +49 (0) 6894/980-246 [email protected]

Kryoequipment & Kryorobotik Dipl.-Phys. Uwe Schön +49 (0) 6897/9071-30 [email protected]

Nachwuchsgruppe BMBF Kryonanobiotechnologie

Prof. Dr. Heiko Zimmermann +49 (0) 6894/980-246 [email protected]

Kryoforschungsbank Dr. Frank Obergriesser +49 (0) 6897/9071-90 [email protected]

Zelldifferenzierung & Zelltechnologie Priv.-Doz. Dr. Charli Kruse +49 (0) 451/2903-210 [email protected]

Molekulare Bioanalytik & Bioelektronik Prof. Dr. Frank F. Bier +49 (0) 33200/88-378 [email protected]

Biosensorik Dr. Nenad Gajovic-Eichelmann +49 (0) 33200/88-350 [email protected]

Nanobiotechnologie Dr. Markus von Nickisch-Rosenegk +49 (0) 33200/88-207 [email protected]

Mikroarray & Biochiptechnologie Dr. Eva Ehrentreich-Förster +49 (0) 33200/88-293 [email protected]

Zelluläre Biotechnologie & Biochips Dr. Claus Duschl +49 (0) 30/2093-8688 [email protected]

Lab-on-Chip-Technologie Dr. Peter Geggier +49 (0) 30/2093-8809 [email protected]

Zell-Assay-Entwicklung Dr. Götz Pilarczyk +49 (0) 30/2093-8767 [email protected]

Extremophilenforschung Dr. Thomas Leya +49 (0) 30/2093-8350 [email protected]

Ultraschall

Ultraschall-Systementwicklung Dipl.-Ing. Peter Weber +49 (0) 6894/980-227 [email protected]

Biomedizinische Ultraschallforschung Dr. Robert Lemor +49 (0) 6894/980-225 [email protected]

Piezosysteme & Entwicklung Dipl.-Ing. Christian Degel +49 (0) 6894/980-221 [email protected]

Sensorfertigung Dr. Frank Tiefensee +49 (0) 6897/9071-70 [email protected]

Medizin-Telematik Dipl.-Phys. Bertram Bresser +49 (0) 6894/980-206 [email protected]

Medizinische Netze Dr. Volker Paul +49 (0) 6894/980-300 [email protected]

Home Care Dipl.-Inform. Stephan Kiefer +49 (0) 6894/980-156 [email protected]

Organisation und Ansprechpartner



Computerunterstützte Simulationen Dipl.-Phys. Daniel Schmitt +49 (0) 6894/980-120 [email protected]

European Center of Competence for Biomedical Microdevices (MEDICS)

Dipl.-Ing. Andreas Schneider +49 (0) 6897/9071-42 [email protected]

Medizintechnisches Kompetenzzentrum für Miniaturisierte Monitoring- und Interventionssysteme (MOTIV)

Dipl.-Biol. Jochen Schmidt +49 (0) 6897/9071-41 [email protected]

Fraunhofer-IBMT Technology Center China (FTeCC)

Prof. Dr. Nai-Teng Yu +852/2358-7363 [email protected]

Einbindung in Universitäten:

Lehrstuhl für Biotechnologie und MedizintechnikFachbereich Klinische Medizin (Medizinische Fakultät)Kooptiertes Mitglied in den Naturwissenschaftlich-TechnischenFakultäten II und IIIUniversität des Saarlandes sowieKooptiertes Mitglied der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät I der Humboldt-Universität zu BerlinLehrstuhlinhaber Prof. Dr. Günter R. Fuhr

Lehrstuhl für Mikrosensorik mit Aufbau- und VerbindungstechnikFachbereich Physik und Mechatronik (Naturwissenschaftlich-Technische Fakultät II)Universität des SaarlandesLehrstuhlinhaber Prof. Dr. Karsten König

Juniorprofessur für Kryobiophysik und zelluläre BioinformatikFachbereich Chemie, Pharmazie, Bio- und Werkstoffwissenschaften(Naturwissenschaftlich-Technische Fakultät III)Universität des SaarlandesInhaber Prof. Dr. Heiko Zimmermann

Lehrstuhl für Angewandte Bioelektronik und Biochip-TechnologieInstitut für Biochemie und BiologieMathematisch-Naturwissenschaftliche FakultätUniversität PotsdamLehrstuhlinhaber Prof. Dr. Frank F. Bier

Lehrstuhl (Masterstudiengang) für Biomedizinische Technik Fachbereich ElektrotechnikHochschule für Technik und Wirtschaft (HTW) des SaarlandesLehrstuhlinhaber Prof. Dr. Klaus-Peter Hoffmann



Das Fraunhofer IBMT befasst sich inseinen technologischen Schwerpunk-ten mit Themen wie der Ankopplungtechnischer Mikrosysteme an biolo-gische Komponenten wie Zellen undGewebe, der molekularen und zellu-lären Biotechnologie mit medizinischerZielstellung, der Nano(Bio)technologie,der Biokompatibilitätsprüfung, Kryo-biotechnologie, Biochipentwicklung,aber auch der Mikrosystemtechnik(Mikrosensorik, Mikroaktorik und Sig-nalverarbeitung), der Ultraschall-Tech-nik, Sensor-Fertigungstechnik sowiemultilokalen Sensorik verbunden durchKommunikationstechnik, Gesundheits-telematik, telemetrischen Daten- undEnergieübertragung und der magneti-schen Resonanz, Bildgebung undSpektroskopie. Die dafür notwendigenGrundlagenkenntnisse werden projekt-gebunden komplettiert und in Koope-ration mit der Industrie durch Auf-tragsentwicklungen in Produkte umge-setzt sowie zur Serienreife gebracht.Die Bandbreite der Tätigkeiten umfasstdie Untersuchung technologischerGrundlagen, die Entwicklung vonKomponenten und Systemen bis zurAusführung von Demonstrationsanla-gen für die industrielle Praxis. Nicht nurdie medizintechnische Industrie undBiotechnologie-Unternehmen, sondernauch andere technische Bereiche wiedie Polymer- und keramische Industrie,Halbleiterhersteller, Umwelttechnik,Hydraulikindustrie, Lebensmittelindus-trie, Haus- und Klimatechnik, Prozess-und Prozessüberwachungstechnik, Fer-tigungs- und Automatisierungstechnik,Materialprüftechnik finden im IBMTBeratung und problemspezifischeLösungen. Machbarkeitsstudien, Proto-typentwicklung sowie die Einführungvon Kleinserien und permanente Sen-sor-Fertigungslinien bieten die Grund-lage für erfolgreiche Verbesserungenund Innovationen. Auf einer Flächevon über 3 500 Quadratmetern werden im benachbarten IndustrieparkSulzbach-Neuweiler neue Technikenzur flexiblen Fertigung von Sensorenund Kryoequipment entwickelt, die es

kleinen und mittleren Unternehmenermöglichen, Mikrosensoren zu markt-fähigen Kosten herzustellen. Regionaleund überregionale Kunden werden inihrer Wettbewerbsfähigkeit auf demeuropäischen Markt durch das IBMTgefördert.

Ein weiteres wichtiges Zukunftsfeldwurde seit 1994 mit den verstärktenAktivitäten im Bereich der Medizin-Telematik erschlossen. Neue Ansätze in der individuellen Versorgung vonPatienten durch telemedizinischeDienste werden in zwei zukunftswei-senden Telematikprojekten »Schlagan-fall-Nachsorge Saar« (»Home Care«-Bereich) und »PatientenbegleitendeDokumentation – PaDok« (Arzt/Arzt-sowie Arzt/Krankenhaus-Vernetzung)umgesetzt.

Im Rahmen der weiteren Globalisie-rung der IBMT-Aktivitäten ist vor allemauch die 1999 erfolgte Etablierung derChina-Repräsentanz des IBMT, dasFraunhofer-IBMT Technology CenterChina in Shenzhen, Guandong,(FTeCS) zu nennen. Im Vordergrunddes FuE-Angebotes des FTeCS steht dieUnterstützung der Automatisierungs-und Prozessüberwachungstechnikunterschiedlichster Industriebereichedurch Einbringen von Mikrosystemen,Mikrosensoren, Mikroaktoren und Sig-nalverarbeitungsroutinen. Einen erstenKundenkreis bilden die medizintechni-sche, kunststoffverarbeitende und che-mieveredelnde Industrie. Neben diesenspezifischen Aufgaben ist FTeCSAnlaufstelle für FuE-Kunden, die sichder Expertise der gesamten Fraunho-fer-Gesellschaft bedienen wollen.FTeCS nimmt daher die Repräsentanzder FhG in China wahr. Eine wesentli-che Aufgabe besteht auch darin, deut-sche Unternehmen in China beim Auf-bau und bei der Optimierung von Sensor-Fertigungsverfahren und Sensor-Fertigungsstätten sowie derEinführung der Biotechnologie zuunterstützen.

Das 1996 gegründete und kontinuier-lich entwickelte Fraunhofer-IBMT Tech-nology Center Hialeah (FTeCH) schlossneben den Jahren 2001, 2002, 2003auch das Jahr 2004 mit einer positivenBilanz ab. Auf Beschluss des Vorstan-des der Fraunhofer-Gesellschaft wurdees zum 01. Oktober 2004 ausgeglie-dert und in die Selbständigkeit unterder Schirmherrschaft der City of Hialeah überführt. Diese Ausgründungdes IBMT auf dem amerikanischenKontinent ist der erfolgreicheAbschluss einer langjährigen Profilbil-dung. Der besondere Dank gilt an die-ser Stelle dem im letzten Jahr verstor-benen Direktor, Dr. Seung-Eek EaglePark, und seiner Nachfolgerin, Frau Dr. Sorah Rhee, die in hervorragenderWeise dazu beigetragen haben dasModell der Fraunhofer-Gesellschaftforschungs- und industriefinanziert inden USA zu demonstrieren. Mit FTeCHsteht dem IBMT und seinen Partnernnunmehr eine selbständige Tochterein-richtung zur Verfügung, die vor allemauf dem Gebiet des Technologietrans-fers eine Brückenfunktion zum ameri-kanischen Kontinent einnehmen wird.

Im November 1998 wurde die Arbeits-gruppe Molekulare Bioanalytik in Pots-dam-Rehbrücke als eine neue Außen-stelle des IBMT gegründet. Für dieStandortwahl war die Nähe zum Insti-tut für Biochemie der Universität Potsdam, an dem bereits seit Jahrenerfolgreich Biosensoren zur Marktreifeentwickelt werden, und zum schnellwachsenden Markt der Biotechnologieim Raum Berlin-Brandenburg von ent-scheidender Bedeutung. Ziel der neuenArbeitsgruppe war die Entwicklungvon Vor-Ort-Analysesystemen zurkostengünstigen Diagnose und Thera-piekontrolle bzw. Umweltüberwa-chung, z.B. Point-of-Care-Analysen fürdie medizinische Sofortdiagnostik,Beprobung altlastenkontaminierterBöden oder das systematische Produkt-

Arbeitsschwerpunkte



Monitoring während der Produktionbiotechnologischer Produkte. DieseArbeitsgruppe entwickelte sich im Jahr2000 zu einer Abteilung MolekulareBioanalytik & Bioelektronik und wurdemit der im Jahr 2001 neu übernomme-nen Arbeitsgruppe Medizinische Bio-technologie & Biochiptechnik an derHumboldt-Universität zu Berlin einge-bettet in das Zentrum für Biophysik &Bioinformatik zur Arbeitsgruppe Medi-zinische Biotechnologie (AMBT) derFraunhofer-Gesellschaft zusammenge-fasst. Bis zum Jahre 2006 wird fürdiese noch dezentralen Arbeitsgruppenein Teilinstitut des IBMT als Neubau inGolm bei Potsdam errichtet. Der Spa-tenstich erfolgte am 30. August 2004(siehe nachfolgender Beitrag). Das For-schungs- und Entwicklungsspektrumder beiden Abteilungen ergänzt sich innahezu idealer Weise zu einem Kom-petenz-Cluster für Biochipsysteme undNanobiotechnologie.

Gemeinsam mit dem saarländischenMinisterpräsidenten Peter Müller eröff-nete die Fraunhofer-Gesellschaft unterLeitung von Professor Günter Fuhr am09. September 2003 in Sulzbach/Saardie Kryoforschungsbank . Damitnahm das Fraunhofer-Institut für Bio-medizinische Technik (IBMT) nach demZentrum für Kryobiotechnologie undKryobiophysik eine zweite Einheit zurEntwicklung einer den Anforderungender zukünftigen Biotechnologie undMedizin entsprechenden Technologie-plattform in Betrieb. Aufgabe derEuropäischen Kryoforschungsbank istes, wertvolle und einzigartige Zell-sammlungen (Bioressourcen) aus denverschiedensten Bereichen der Biowis-senschaften zu unterstützen und anzu-legen sowie moderne automatisierbareTechnologie zu entwickeln und zudemonstrieren. Die Lebendablage vonZellsuspensionen erlaubt eine Vermeh-rung zu jedem späteren Zeitpunkt, insbesondere aber auch retrospektiveUntersuchung von Proben. D.h. nachJahrzehnten kann nach Genen, Makro-molekülen, Krankheiten, Erregern,

Kontamination, ja sogar nach Dingengesucht werden, für die heute nochnicht einmal die Methoden oder dieKenntnis existieren. Die Anlage einerZellbank ist somit die umfangreichste,vollständigste Dokumentation derEigenschaften einer Bioprobe. Aufmehr als 1 200 Quadratmetern werdenKryolagertanks mit einem Nettovolu-men von jeweils bis zu 1 400 Literninstalliert. Die Kryobankanlage trägtneben der Forschungsaufgabe denCharakter einer Demonstrationsbankfür neue Technologien, insbesondereauch für industrielle Nutzer und dieöffentliche Hand.

Im Jahre 2004 wurde die externeFraunhofer IBMT-Arbeitsgruppe »Zell-differenzierung & Zelltechnologie« ander Universität zu Lübeck gegründet,die sich vor allem mit der medizini-schen Nutzung von adulten Stammzel-len beschäftigt. Über diese Kooperati-on mit der Universität zu Lübeck steigendas IBMT und die Fraunhofer-Gesell-schaft in die Stammzellforschung mitdem Ziel der Unterstützung der rege-nerativen Medizin und des TissueEngineering ein. Die Arbeitsgruppewird von Privatdozent Dr. C. Krusegeleitet und konnte am 08. November2004 neue Räume im Multifunktions-zentrum des Campus der Universitätzu Lübeck beziehen. In einem Verbundmit zwei Max-Planck-Instituten (Münster und Göttingen) werden der-zeit Zellen aus exokrinen Drüsengewonnen und hinsichtlich ihrer Differenzierungspotenz charakterisiert.

Das Wetter war nicht günstig für densymbolischen Spatenstich zum Neubaudes Institutsteils AMBT des FraunhoferIBMT im Wissenschaftspark Golm(Potsdam). Bei strömendem Regen undSturm trafen sich am 30. August 2004Gäste aus Politik, Wissenschaft undIndustrie im benachbarten FraunhoferIAP, um an diesem Ereignis teilzuneh-men.

Die Grußredner, allen voran der Minis-terpräsident des Landes Brandenburg,Matthias Platzeck, betonten gleicher-maßen die Bedeutung der Wissen-schaft für die Zukunft Deutschlands,des Landes Brandenburg und demStandort Potsdam. Die Biotechnologiezusammen mit weiteren Schlüssel-technologien wie Biomedizin undBioinformatik sowie die Materialwissen-schaften werde die Region Berlin-Brandenburg zu einer Spitzenfunktionauf diesen Gebieten führen, betonteder Ministerpräsident. Der Erfolg des Standortes Golm beruht auf der gutenKooperation zwischen universitärerund außeruniversitärer Forschung.Durch die Konzentration innovativerInstitutionen mit intensiver interdiszi-plinärer Vernetzung werden weitereAnsiedlungen von Instituten und Hoch-technologieunternehmen sowie Aus-gründungen befördert. ProfessorWarnecke, Altpräsident der Fraunho-fer-Gesellschaft, interpretierte das reg-nerische Wetter positiv: »Was wachsenwill, muss auch begossen werden.«

Unter tatkräftiger Mitwirkung desMinisterpräsidenten des Landes Bran-denburg, Matthias Platzeck, der Minis-terin für Wissenschaft, Forschung undKultur Brandenburg, Frau ProfessorJohanna Wanka, des Altpräsidentender Fraunhofer-Gesellschaft, ProfessorHans-Jürgen Warnecke, des Oberbür-germeisters der LandeshauptstadtPotsdam, Jann Jakobs, des Leiters derAbteilung Gesundheit, Biowissenschaf-ten und Nachhaltigkeit des Bundesmi-nisteriums für Bildung und Forschung,Ministerialdirektor Reinhard Junker, des

Spatenstich zum Neubau des Fraunhofer IBMT in Golm – ein Gebäude für Biochips, Schneealgen und Stammzellen



Rektors der Universität Potsdam, Professor Wolfgang Loschelder sowieProfessor Günter Fuhr, Direktor desFraunhofer IBMT, und des ArchitektenDipl.-Ing. Markus Hammes (Brenner &Partner, Stuttgart) erfolgte der symboli-sche Spatenstich zum Neubau des Fraunhofer IBMT in den vollkommenaufgeweichten märkischen Boden.

Im Neubau werden die beiden Außen-stellen des IBMT in Potsdam-Nuthetal(Molekulare Bioanalytik & Bioelektro-nik) und in Berlin (Zelluläre Biotechno-logie & Biochips an der Humboldt-Uni-versität zu Berlin) zusammengeführt.Bis zum Einzug im Jahre 2006 wirdnoch eine dritte Abteilung aufgebautwerden, die sich vor allem auf Zelltech-nologien im Hinblick auf eine Nutzungvon Stammzellen für die regenerativeMedizin konzentrieren wird.

Der Fokus des wissenschaftlichen Inte-resses am neuen Institut liegt auf denGebieten der molekularen und zel-lulären Biotechnologie, insbesondereder folgenden Arbeitsbereiche: Biosen-sorik und Bioanalytik, Biochip-Techno-logie (Entwicklung von Vor-Ort-Analy-sesystemen zur kostengünstigen Diagnose und Therapiekontrolle bzw.Umweltüberwachung sowie die Entwicklung von Fertigungstechnikenfür die Biochipherstellung und DNA-Chip-Entwicklung), Nanobiotechnolo-gie oberflächenbasierter tierischer undhumaner Zellkulturen, Zellkonservie-rungstechniken und Zellsortierung,Zellmanipulation in freier Lösung, lab-on-chip für kundenspezifischeZellcharakterisierungs- und Zellsepara-tionsaufgaben, Mikrofluidik-Simulation,Entwicklung dynamischer, chip-basierter Immunoassays, Spezial-mikroskopentwicklungen, Prototyp-fertigung von Mikrostrukturen mittelsExcimer-Laser und die Kultivierungkryophiler Süßwassermikroalgen(Schneealgen) in einer KultursammlungCCCryo / Extremozymforschung.

Der Wissenschaftspark Golm beher-bergt neben dem Fraunhofer-Institutfür Angewandte Polymerforschung IAPdrei Max-Planck-Institute und mehrereFachbereiche der Universität Potsdam.Nur eine Woche zuvor erfolgte derSpatenstich zum neuen Innovations-zentrum Golm (GO-IN). Das geplanteInnovationszentrum setzt als Technolo-gie- und Gründerzentrum auf diePotenziale der am Standort Golm vor-handenen Wissenschaftseinrichtungen.Der Neubau des IBMT gegenüber demFraunhofer IAP bereichert die strategi-sche Technologieentwicklung im LandBrandenburg und Berlin. Er füllt eineLücke im Bereich der angewandtenmedizinisch-biotechnologischen For-schung und trägt zur Entwicklung desStandortes Golm als Biotechnologie-Cluster bei. Die in Golm bereits vor-handenen Einrichtungen ergänzen in

Spatenstich am 30. August 2004. Von rechts nach links: Prof. Dr. Wolfgang Loschelder,Rektor der Universität Potsdam, Markus Hammes,Architekt (Brenner & Partner), Ministerialdirektor Reinhard Junker, Leiter der Abteilung Gesundheit, Biowissenschaften und Nachhaltigkeit, Bundesminis-terium für Bildung und Forschung, Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. mult. Hans-Jürgen Warnecke, Altpräsident undEhrensenator der Fraunhofer-Gesellschaft, Jann Jacobs,Oberbürgermeister der Landeshauptstadt Potsdam,Matthias Platzeck, Ministerpräsident des Landes Brandenburg, Prof. Dr. Johanna Wanka, Ministerin fürWissenschaft, Forschung und Kultur des Landes Brandenburg, Prof. Dr. Günter Fuhr, Leiter des Fraunhofer IBMT,(Foto: Andrea Krause-Griep).



idealer Weise das Forschungsspektrumdes IBMT, garantieren eine optimaleEinbindung und werden die Effizienzdes Institutsteils noch erhöhen. DieBiomaterialentwicklung wird durchdiese Clusterbildung befördert underhält auch innerhalb Deutschlandsaufgrund der Stärken der Polymerfor-schung ein Alleinstellungsmerkmal.

Durch den Neubau des AMBT im Wis-senschaftspark Golm wird die Anbin-dung an die Max-Planck-Institute undan die mathematisch-naturwissen-schaftlichen Institute der UniversitätPotsdam unter den Gesichtspunktendes wissenschaftlichen Austausches,des Lehr- und Technologietransferssowie der Rekrutierung und praxisna-hen Ausbildung des Nachwuchsesdeutlich befördert. Die Nähe zur Uni-versität Potsdam ist ein wesentlichesElement dieser Ansiedlung.

Der neue Institutsteil wird mit einerKapazität von ca. 60 Mitarbeitern star-ten bei einer Gesamtnutzfläche vonknapp 4 000 qm (davon mehr als 2/3Labornutzfläche) und sich zu einer Mitarbeiterzahl von ca. 120 Personenin drei Abteilungen entwickeln.

Aushub der Baugrube Anfang Oktober 2004.

Entwurf des Architekturbüros Brenner & Partner, Stuttgart.

(Am Modell von links nach rechts) J. Jakobs, Oberbürgermeister der StadtPotsdam, Dr. Buller, Institutsdirektor desNachbarinstituts Fraunhofer IAP, Frau Prof. Wanka, Ministerin für Wis-senschaft, Forschung und Kultur desLandes Brandenburg, Prof. Fuhr.(Foto: Uta Morgenstern).

Grundsteinlegung am 29. November2004. Von links nach rechts: Prof. Dr. Wolfgang Loschelder, Rektor der Univer-sität Potsdam, Herr Winfried Smaczny,Abteilungsleiter im Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kultur desLandes Brandenburg, Prof. Dr. GünterFuhr, Institutsdirektor Fraunhofer IBMT,Herr Burkhard Exner, Finanzdezernent,Stadtverwaltung Potsdam.



Die wissenschaftlichen Erkenntnisseund praktischen Ergebnisse auslangjähriger Erfahrung in den Berei-chen Mikrosysteme/Lasermedizin,Ultraschall und Magnetische Resonanzsowie die neuen Erfahrungen auf demGebiet der Sensorfertigung, (Nano)Bio-technologie, Biosysteme, Kryotechno-logie, Biochip-Technik und Medizin-Telematik gewährleisten eine hoheQualität der FuE-Leistungen und dieflexible, kunden- und problemorien-tierte Aufgabendefinition. ZahlreicheReferate, Publikationen und Patentedokumentieren die Qualifikation derMitarbeiter und den modernen techni-schen Stand der Einrichtungen und

Ausrüstungen des Instituts in all seinenAbteilungen. Im Jahre 2002 hat dasIBMT begonnen, seine Patentpolitik zureformieren und bietet nunmehr überdie Kompetenzzentren MOTIV undMEDICS in Sulzbach mehr als 100 Patente zur Lizensierung an.

Das Kuratorium, bestehend aus hoch-karätigen Ärzten und Wissenschaftlernsowie Entscheidungsträgern aus Indus-trie und Wirtschaft, Politik, denLandesbehörden und der Universität,berät die Institutsleitung sowie denVorstand und bewertet die Leistungendes Instituts.

Mitglieder des Kuratoriums:

Prof. Dr. Emmeran Gams, Direktor derKlinik für Thorax- und Kardiovaskular-chirurgie der Heinrich Heine-Univer-sität, Düsseldorf

Dr. Karsten Henco, Vorstand der EVOTEC Biosystems AG, Hamburg

Dr. Erwin Klar, Ministerium für Wissen-schaft, Forschung und Kultur, Potsdam

Prof. Dr. Michael Menger, Direktor,Abteilung für Chirurgische Forschung,Medizinische Fakultät, Universität desSaarlandes, Homburg/Saar

Daniela Schlegel-Friedrich, Staats-sekretärin, Ministerium für Wirtschaftdes Saarlandes, Saarbrücken

Dipl.-Ing. Otmar Peter Schön (Vorsitzender), GeschäftsführenderGesellschafter, Fa. Hydac TechnologyGmbH, Sulzbach/Saar

MinRat Dr. Ekkehard Warmuth, Referatsleiter Biologische Forschungund Technologie, Bundesministeriumfür Bildung und Forschung, Berlin

Prof. Dr. Margret Wintermantel, Präsidentin der Universität des Saarlandes, Saarbrücken

Kompetenzen und Anwendungen Kuratorium

Bildgebende Systeme(Sonographie, NMR)

Monitor-Systeme (Volumen-fluss, Vitalparameter)

Prozessüberwachung(Luftschall, Fluidkontrolle)

Plattenwellen-Sensorik(Biosensor, massensensitiveSensorik)

Taktile Sensorik, Endosysteme(z.B. Endosensorik)

NMR-Probenkopfentwicklung(Hochfrequenzsysteme)

Materialcharakterisierung(Polymere/Pharmaka/Kosmetika)

Bio-Interfaces (Wetware,neuronale Interfaces, Mikroimplantate)

Kryo-Biotechnologie

Biochip-Technologien

Regenerative Medizin

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Kompetenzmatrix. In rascher Entwicklung begriffen. Kernfelder des IBMT.



Technologietransfer-Preis Branden-burg 2004 – Robotertechnologiezur Peptidsynthese

Der erste Preis des Technologietransfer-Wettbewerbes des Landes Branden-burg für das Jahr 2004 wurde an HerrnProf. Dr. Frank Bier und Herrn JörgHenkel aus der Abteilung MolekulareBioanalytik und Bioelektronik desFraunhofer IBMT sowie an Herrn Dr.Oliver Kreuzer und Herrn Dr. Marc Birringer von der Firma Peptides & Ele-phants verliehen. Die Preisverleihungfand im Rahmen des Technologietrans-fertages Brandenburg am 22. Juni2004 mit etwa 180 Teilnehmern ausFirmen, Verbänden, Politik und Wis-senschaft statt. Frau Professor Wanka(Ministerin für Wissenschaft, Forschungund Kultur des Landes Brandenburg)und Herr Junghanns (Minister für Wirtschaft des Landes Brandenburg)übergaben die Auszeichnung, die mit4 000 € dotiert ist, an die Preisträger.Gewürdigt wurde die Entwicklungeines neuartigen Synthesesystems für Peptidbibliotheken im Rahmeneiner Kooperation mit der Firma Peptides & Elephants. Wegen derhohen Erstellungskosten fanden bishereher einzelne Peptide Anwendung inder Forschung. Die neuartige Nutzungder Robotertechnologie macht es mög-lich, innerhalb von Stunden hundertevon verschiedenen Peptiden in 96er-Standardmikrotiterplatten vollautoma-tisch zu synthetisieren. Erst dadurchwerden Peptidbibliotheken für die brei-te Forschung und auch für die pharma-zeutische Industrie zu akzeptablenKosten verfügbar.

Auf Seiten der Firma Peptides & Elephants wurde die Merryfield-Peptid-synthese auf ein einfaches Roboter-system übertragen. Dabei wird die Festphasensynthese an einer Harzober-fläche in Standardmikrotiterplattendurchgeführt. Die Aminosäuren wer-den verschleppungsfrei mit speziell vonder Firma Peptides & Elephants ent-wickelten Pipetten durch den Roboter

verteilt. Die Menge der abzugebendenAminosäuren werden durch den Robo-ter individuell für jedes Peptid derBibliothek dosiert, in Abhängigkeit vonder jeweiligen Synthesestufe und derangestrebten chemischen Ausbeutedes Verfahrens. Die gewonnenen Peptide können direkt im üblichenMikrotiterplattenformat an die Kundenausgeliefert oder in dieser Form weite-ren Aufreinigungs- und Synthesever-fahren zugeführt werden. Über diesenWeg lassen sich auch Peptid-Biochipserstellen, die sich durch ihre konstanthohe Qualität von den bisher verfüg-baren Angeboten absetzen. Parallel zurUmsetzung der Synthese auf demRobotersystem wurde die Software alsGesamtpaket durch die AbteilungMolekulare Bioanalytik und Bioelektro-nik des IBMT in enger Abstimmung mitder Firma Peptides & Elephants konzi-piert und entwickelt. Auf einer niedri-gen Ebene kommuniziert die Softwaredirekt mit dem Robotersystem sowiemit einer Reihe weiterer Geräte desGesamtsystems. Auf diese Weise konn-ten herstellerbedingte Anwendungs-ausrichtungen der beteiligten Gerätevermieden und die zugängliche Funk-tionalität für das Gesamtsystem erwei-tert werden. Durch die große Anzahlschnell verfügbarer Peptide musstendem Nutzer neue Software-Werkzeugezur Generierung sinnvoller bzw. derProblemstellung entsprechender Ami-nosäuresequenzen aus einem gegebe-nen Protein zur Verfügung gestelltwerden. Dazu wurden bereits bekann-te Verfahren wie der Alanin Walk(Wobble), verschiedene Replacement-und Substitutionsoptionen, das flexibleMapping eines Proteins sowie weitereMöglichkeiten bis hin zu regelbasiertenZufallssequenzen in das Gesamtsystemintegriert. Die voraussichtliche Ausbeu-te einer jeden Synthesestufe für jedesPeptid wird mit anerkannten Verfahrenberechnet und grafisch übersichtlichzusammen mit weiteren physikalischen

Daten dargestellt. Über die grafischeOberfläche ist es einem Nutzer mög-lich, auch komplexe Peptidbibliothekenschnell zu erzeugen und den Synthe-seauftrag an die Problematik der Fragestellung und an die Ausbeute derSynthese anzupassen. Dieser Auftragkann in den Arbeitsbereich der Soft-ware geladen werden, um die jeweilsfür diese Synthese notwendigen Che-mikalien berechnen zu lassen. DerenVollständigkeit und Anordnung imRoboter werden über 2-D-Barcodes vor Beginn der Synthese überprüft undberücksichtigt. Die eigentliche Syn-these erfolgt in allen Schritten vollau-tomatisch und wird, wie bereits auchdie Auftragserzeugung, umfassendprotokolliert. Die gemeinsame Ent-wicklung ist so erfolgreich, dass dieFirma Peptides & Elephants sowohl dasSynthesesystem als auch beliebigePeptidbibliotheken anbietet undgegenwärtig in Kooperation mit demIBMT den Upscale des Synthesesystemsum den Faktor vier auf 384er Stan-dardmikrotiterplatten entwickelt.

Wissenschaftliche Ereignisse des Jahres

Abbildung 1: Hochdurchsatz-Syntheseautomat LIPS® Synthesizer 9 x 384.

Abbildung 2: Ein Roboterarm scannt vor Synthesebe-ginn die »Pipetten«, um Position und Daten der jeweiligen Aminosäuren festzustellen.



Das 6. Forschungsrahmenprogramm der Europäischen Unionsetzt neue Förderinstrumente ein, um die Entwicklung undVerwertung zukunftsweisender Technologien im europäi-schen Forschungsraum zusätzlich zu den bewährten Instru-menten wie STREP- und CRAFT-Projekte zu stimulieren. Einsolches neues Instrument sind die Integrierten Projekte, indenen zahlreiche Partner aus den Ideenschmieden Europasgemeinsam an einem innovativen Großprojekt arbeiten.

CellPROM - das mit einem Gesamtvolumen von fast 27 Mio €größte Integrierte Projekt im Themenbereich Nano-Biotech-nologie - vereint für vier Jahre 27 akademische und indus-trielle Partner aus 12 Ländern und wird durch das Fraunho-fer IBMT koordiniert. Die Kurzbezeichnung CellPROM stehtfür »Cell Programming by nanoscaled devices«. Projektzielist die nichtinvasive Differenzierung von Zellen im großtech-nischen Maßstab, wozu künstliche makromolekulare Ober-flächen nach dem Vorbild der Zelloberflächen auf nanotech-nologischem Wege entwickelt und erprobt werden sollen. InErgänzung zu löslichen Faktoren, wie Differenzierungs- undWachstumsfaktoren, unterstützen sie auf biologische Weisedie Differenzierung von Zellen über multiple Oberflächen-kontakte. Diese makromolekularen Landschaften (NANO-SCAPES) imitieren dabei Funktionen, die im Gewebe undKörper über die Oberflächenkontakte von Zellen zu Matrix-elementen und Nachbarzellen ausgeübt werden. Der Ansatzsoll eine technische Lücke schließen bei einer Minimierungunerwünschter Nebenwirkungen der In-vitro-Zellprägung.Die Beherrschung dieser Prozesse im industriellen Maßstabist die Voraussetzung für die Erschließung wichtiger An-wendungsfelder in den Bereichen Biotechnologie, Medizin, Pharmazie und Technologie-Entwicklung. Mit dem ProjektCellPROM wird interdisziplinäres Neuland betreten und einBeitrag zur Entwicklung nanoskopischer Werkzeuge für dieZellhandhabung im Rahmen der Biotechnologie und rege-nerativen Medizin geleistet. Am Ende der Projektlaufzeit vonvier Jahren sollen funktionsfähige Module stehen, in denendie technischen Lösungen und biologischen Verfahrens-schritte demonstriert werden können, die dann als Aus-gangspunkt für die Entwicklung zur Serienreife sowie für die Konzeption von Folgeanwendungen dienen können,

Zukunftsfeld Nanobiotechnologie CellPROM – Integriertes Projekt der Europäischen Union

Zellprogrammierung im CellPROM-Projekt.

Abbildung 1: Am Vorabend des Kick-off-Meetings empfing der Wirtschafts-minister des Saarlandes, Dr. Hanspeter Georgi, stellvertretend für den Ministerpräsidenten, Herrn Peter Müller, die Mitglieder des CellPROM-Konsortiums in der Staatskanzlei.

Abbildung 2: Professor Günter Fuhr, Koordinator des Integrierten ProjektesCellPROM, begrüßt die Gäste.



deren Gesamtheit die Bedeutung desStandortes Europa im ZukunftsmarktNano-Biotechnologie wesentlich stär-ken wird. Das Projekt startete im März2004. Am 25. und 26. März 2004fand das Kick-off-Meeting für das Pro-jekt statt. In vierteljährigen Abständenfinden Meetings mit allen Partnernstatt, ergänzt durch regelmäßige Tref-fen mit 8 Workpackage Leadern undderen Stellvertretern. Die Koordinationderartiger Großprojekte ist neben denInhalten eine Herausforderung underfordert neue Instrumente des Mana-gements. Das Fraunhofer IBMT wirdbei der Bewältigung dieser Aufgabedurch die Einbettung in den Life Science-Verbund und die Nutzung derVerwaltung der Fraunhofer-Gesellschaftunterstützt.

KontaktDipl.-Phys. Daniel SchmittTelefon: +49 (0) 6894/[email protected]

Abbildung 3: Frau Dr. Antoaneta Folea (rechts), ProjectOfficer der EU in Brüssel im Gespräch mit Astrid Gindorf-Scherer, Project Management Office EURICE.

Abbildung 4: Die Universitätspräsidentin, Frau Prof. Dr.Margret Wintermantel, heißt die europäischen Partnerzum Kick-off-Meeting auf dem Campus der Universitätdes Saarlandes willkommen.

Abbildung 5: Blick in den Sitzungssaal mit Vertreternder 27 Partnereinrichtungen.

Abbildung 6: Frau Uta Faure, Project Officer der EU inBrüssel, erläutert die Erwartungen der EU an das Integrierte Projekt CellPROM.

Abbildung 7: Poster-Session am Nachmittag des ersten Tages.



Mikrostrukturierung im Reinraumcontainer Klasse 100.

– Institutsspezifische Angebote zur Vertragsforschung– Verträge und Patentvereinbarungen– Kunden– Innovationskatalog– Kontakt und weitere Informationen

Das Forschungs- und Dienstleistungsangebot



Arbeitsweise: FuE-Projekte werden in Phasen erfolgs-orientiert ausgeführt, beginnend miteiner technischen Marktstudie, darausabgeleitet die Machbarkeitsstudie,über die Prototypentwicklung und denFeldtest (klinische Studie) bis hin zurEntwicklung von kostenoptimiertenFertigungstechniken und Technologie-entwicklungen. Service-Fertigung vonSensoren und Mikrosystemen wird aufWunsch des Kunden von ausgeglieder-ten Vertragsfirmen kostengünstigübernommen.

Praxisbezug:Die Bearbeitung der Projekte amFraunhofer-Institut für BiomedizinischeTechnik (IBMT) erfolgt in enger Abstim-mung mit dem jeweiligen Kunden, um den größtmöglichen Praxisbezugherzustellen. Die Kundennähe ist einCharakteristikum und eine wichtigeVoraussetzung, um den Bedürfnissendes Marktes aus der Grundlagenfor-schung heraus gerecht zu werden.

Flexibilität:Die konkrete Form, die Ausrichtungund der Umfang der Projektarbeitenrichten sich nach den Anforderungenund Vorstellungen des Kunden oderAuftraggebers.

Synergie:Die Einordnung in den Verbund derFraunhofer-Gesellschaft mit ihren 58 Instituten und den im Jahre 2001gegründeten Life Science-Verbund dervier Fraunhofer-Institute (IBMT, IGB,IME und ITEM) schafft Synergie-Effek-te. Fachkenntnisse aus unterschied-lichsten Forschungsfeldern können inKooperationen genutzt werden underlauben eine kompetente Bearbeitungauch multidisziplinärer Fragestellun-gen. Durch Kooperationsverträge werden für IBMT-Kunden vollständigeWertschöpfungsketten durch Sicher-stellung des Anlagenbaues und derMaterialentwicklung garantiert.

Qualität:Liefertreue und Zuverlässigkeit prägendie Arbeiten des Fraunhofer-Institutsfür Biomedizinische Technik. Die Erstel-lung eines Pflichtenheftes in Zusam-menarbeit mit dem Kunden gewährlei-stet die inhaltlich korrekt abgestimmteund zeitlich angemessene Bearbeitungder Projekte.

Preiswürdigkeit:Forschungs- und Entwicklungsaufträgewerden auf Selbstkostenbasis durch-geführt. Das IBMT ist als Institut derFraunhofer-Gesellschaft eine gemein-nützige Einrichtung und finanziert dienotwendige anwendungsorientierteForschung und Vorlaufforschung weit-gehend unter Mitwirkung öffentlicherAuftraggeber.

Nutzungsrechte:Nach erfolgter Bearbeitung eines FuE-Auftrages steht dem Kunden dasErgebnis zur alleinigen Nutzung zurVerfügung.

Vertraulichkeit:Anfragen und Aufträge werden aufWunsch des Kunden absolut vertrau-lich behandelt und bearbeitet.

Institutsspezifische Angebote zur Vertragsforschung



Phasenmodell:Die Projektierung erfolgt im Fraunho-fer-Institut für Biomedizinische Technikwie folgt: Am Beginn eines Projektssteht eine wissenschaftlich-technischeBeratung. Hierbei werden anhand desexistierenden Know-how sowie mittelsLiteratur-, Patent- und Marktrecher-chen die möglichen Probleme des Pro-jekts aufbereitet und das Projektrisikoabgeschätzt. Darauf folgt eine Mach-barkeitsstudie, die das Projekt spezifi-ziert und den Aufwand abschätzt. EineLaborprototyp-Entwicklung dient dempraktischen Funktionsnachweis in Formeines Demonstrators. Diese Phasemündet in die Feldprototyp-Entwick-lung, an deren Ende umfangreicheTests stehen. Daraus ergeben sichErfahrungen mit Kunden. Das Rede-sign, die Technologieoptimierung, dieKleinserienfertigung und der Technolo-gie-Transfer sind Elemente der Produk-tionsvorbereitung. Begleitend leistet

das Fraunhofer-Institut für Biomedizini-sche Technik auch Hilfestellung beiMarketing und Qualitätssicherung.Dies steht im Dienste des Produktions-anlaufes und der Risikominimierung imRahmen der Fertigung. Der Kunde hatdie Möglichkeit, seinen Auftrag ent-sprechend dieser Phasen ein- und auf-zuteilen und am Ende jeder einzelnenStufe neu zu entscheiden, ob es sichfür ihn lohnt, in die nächste Phase ein-zutreten. Dieses Kriterium erleichtertdem Kunden wie auch dem IBMT dieAuftragsvergabe bzw. -annahme undführt zu überschaubaren, kalkulierbarenProjektzeiten und Projektkosten.

Machbarkeits-studie

Prototyp-Entwicklung Feldtests

Fertigungs-technologie Markt

- existierendes Know-how,- Literaturstudien,- Patentrecherche,- Expertisen,- Marktanalysen

- Studien,

- Simulation,

- Experimente

- Spezialmodule,- mechanische Baugruppen,- Elektronik,- Verbindungs- techniken,- Spezialsoftware,- Definition von Testkriterien

- Test unter Feld- bedingungen,- Evaluierung,- Zuverlässig- keitsanalyse,- Optimierung,- Testunter- stützung

- Produktent- wicklung,- Optimierung der Produktions- technologie,- Kleinserien- produktion,- Technologie- transfer

Wissenschaftlich-technischeBeratung

Anwendungso r i en t i e r te Grund lagenfo r s chung

Projektanzahl Ziel

Qualitäts-sicherung

Risikominimierte Produktentwicklung.



Vertragsabschluss:Faire und verlässliche Vertragsbedin-gungen für den Kunden sind das oberste Gebot. Dabei werden die Wissenschaftler und Ingenieure voneiner erfahrenen Vertragsabteilunginnerhalb der Fraunhofer-Gesellschaftunterstützt.

Nutzungsrechte:Über die Nutzungsrechte an den in der Auftragsbearbeitung entstandenenPatenten verfügt allein der Kunde.Nach den Wünschen des Kunden werden individuelle Vereinbarungengetroffen. Die Patentstelle für dieDeutsche Forschung der Fraunhofer-Gesellschaft PST steht für die Verwer-tung patentfähiger Lösungen beratendzur Verfügung. Das IBMT wird durchrenommierte Patentanwaltskanzleienin aller Welt vertreten.

Koordination:Das Fraunhofer-Institut für Biomedizini-sche Technik ist erfahren in der Koordi-nation komplexer Verbundvorhabenund übergeordneter Leitprojekte. Indiesem Zusammenhang werden administrative und koordinative Aufga-ben übernommen und eine gute Kom-munikation zwischen den Projektpart-nern im Verbund sichergestellt, umReibungsverluste zu minimieren.

Schulungen:Als Dienstleistung für den Kunden bietet das IBMT auch die Schulung vonMitarbeitern im Hinblick auf die Ein-führung neuer Verfahren und Techno-logien an. Diese kann direkt vor Ort im Betrieb des Kunden erfolgen.

Qualitätssicherung:Die Wissenschaftler und Entwicklungs-ingenieure des Fraunhofer-Instituts fürBiomedizinische Technik arbeiten nachden Regeln des modernen Projektma-nagements. Die Projekte und Arbeitenunterliegen einer dauernden Überprü-fung nach Zeit und Kosten und sindauf einen erfolgreichen Projektab-schluss hin ausgerichtet. Computerun-terstütztes Projekt-Controlling beglei-tet jeden Einzelauftrag.

Fördermöglichkeiten:Die Fraunhofer-Gesellschaft hilft demKunden dabei, alle Möglichkeiten derProjektförderung auszuschöpfen. Einelangjährige Erfahrung bei der Beantra-gung von Fördermitteln der Europäi-schen Union, des Bundesministeriumsfür Bildung und Forschung BMBF oderanderer Zuwendungsgeber unterstütztden Kunden in Fragen der Finanzie-rung von Forschungsprojekten.

Neben Auftraggebern aus dem biome-dizinischen und medizintechnischenBereich sowie der Biotechnologiegehören auch Auftraggeber andererIndustriesparten (Biotechnologie,Umwelttechnik, Chemie, Pharmazie,Materialtechnik, Kfz-Technik, Hydrau-lik, Maschinenbau, Anlagenbau, Sensor-Systeme) zu den Kunden desFraunhofer-Instituts für Biomedizini-sche Technik. Das IBMT arbeitet seitseiner Gründung im Jahre 1987 mitUnternehmen unterschiedlicherGrößen zusammen.

Verträge und Patentvereinbarungen Kunden


Produkt Markt Ansprechpartner im Institut

Entwicklungsplattform für Medizintechnik, Neurostimulation Dr.-Ing. Klaus Peter Koch

modulare Implantate Tel.: +49 (0) 6894/980-404

Neuromonitoring Medizin, Arbeitsmedizin, Prof. Dr. Klaus-Peter Hoffmann

Wellness Tel.: +49 (0) 6894/980-401

Implantatkapselung Medizintechnik, Medizin Dr.-Ing. Klaus Peter Koch

Tel.: +49 (0) 6894/980-404

Implantierbare Mikroelektroden Medizintechnik, Medizin Dr.-Ing. Klaus Peter Koch

Tel.: +49 (0) 6894/980-404

Elektrostimulation Medizintechnik, Medizin Prof. Dr. Klaus-Peter Hoffmann

Tel.: +49 (0) 6894/980-401

Interoperative Monitorsysteme Medizintechnik, Chirurgie Dr.-Ing. Klaus Peter Koch

Tel.: +49 (0) 6894/980-404

Elektroden für Muskeln, Nerven und Biohybride Systeme; Medizintechnik, Medizin Dr.-Ing. Klaus Peter Koch

Neuro-Stimulatoren; Implantat-Entwicklung Tel.: +49 (0) 6894/980-404

Plattenwellen-Sensoren Medizin, Lebensmittelindustrie, Dr. Hans-Heinrich Ruf

Chemie, Umweltprüfung Tel.: +49 (0) 6894/980-350

Mikrofluidik-Aufsätze für Lab-on-Chip-Systeme; Medizin, Biotechnologie, Dr. Hans-Heinrich Ruf

Mikrofluidische Applikationen auf Wafer »Mikrofluidik-Prober« Pharmazie Tel.: +49 (0) 6894/980-350

Medizinische Telemetrie-Systeme, Medizintechnik, Medizin Dr. Oliver Scholz

Biomonitoring-Systeme (Infrarot, induktiv, RF) Tel.: +49 (0) 6894/980-157

Tele-Medizinische Kommunikations-Software/ Telematik, Medizin Dipl.-Phys. Bertram Bresser

Telematische Medizinprodukte Tel.: +49 (0) 6894/980-206

Mikro- und nanostrukturierte Biotechnologie, Medizin, Pharmazie, Dr. Thomas Velten

biokompatible Substrate (Polysulfon, Polyimid, PMMA, ...) Tel.: +49 (0) 6894/980-301

Abscheiden und Charakterisieren Beschichtungs- und Verbindungs- Dr. Thomas Velten

dünner Schichten technik Tel.: +49 (0) 6894/980-301

Aufbau- und Verbindungstechnik Sensorik, Aktorik, Mikrosysteme, Dr. Thomas Velten

für miniaturisierte Systeme Medizintechnik, Biotechnologie Tel.: +49 (0) 6894/980-301

Technologie zur Qualitätssicherung Medizin, Werkstoffprüfer, Dipl.-Ing. Christian Degel

von Ultraschall-Wandlern Maschinen- und Anlagenbau Tel.: +49 (0) 6894/980-221

Ultraschall-Wandler Abstandsmessung (Einparkhilfen), Dipl.-Ing. Christian Degel

Produkte in der Prozesskontrolle, Tel.: +49 (0) 6894/980-221

Gas-Durchflussmessung,

Produkte im Bereich Füllstandsmessung,

Durchflussmessung für Flüssigkeiten,

Nicht zerstörende Prüfung (NDT),

Produkte und Prototypen im Bereich:

Flussmesstechnik, Medizintechnik, Sonar,

Abstandsmessung

Leistungs-Ultraschall-Wandler (Leistungsschall, Schweißen, Reinigen, Sonar, therapeutischer Dipl.-Ing. Christian Degel

Sonotroden, Reinigungsschwinger) Ultraschall, Sonochemie, Verfahrenstechnik Tel.: +49 (0) 6894/980-221

Ultraschall-Wandler (Array-Technik) Abbildende Verfahren in der Industrie Dipl.-Ing. Christian Degel

und Medizintechnik Tel.: +49 (0) 6894/980-221

Entwicklung von Fertigungstechnologie Ultraschallsensoren Dipl.-Ing. Christian Degel

Tel.: +49 (0) 6894/980-221

Sensorproduktion Gerätehersteller Dr. Frank Tiefensee

Tel.: +49 (0) 6897/9071-70


Das Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik bietet seinen Partnern neue Produkte, Technologien und Verfahren an,auch für die Herstellung, Vermarktung oder Verwertung von Patenten und Lizenzen. Es sei auf die Kompetenzmatrix und denfolgenden Innovationskatalog hingewiesen.

Innovationskatalog



Ultraschall-Elektronik Beamformer-, Sende-, Empfangs- Dipl.-Ing. Peter Weber

Elektronik Tel.: +49 (0) 6894/980-227

Phased-Array-System Ultraschalldiagnose Dipl.-Ing. Peter Weber

Tel.: +49 (0) 6894/980-227

Sende-Empfangselektronik Ultraschalldiagnose, Dipl.-Ing. Peter Weber

nichtmedizinischer Ultraschall Tel.: +49 (0) 6894/980-227

Bildgebender Ultraschall Medizinischer Gerätemarkt, Dr. Robert Lemor

klinische Forschung, 2-D, 3-D Tel.: +49 (0) 6894/980-225

Hochauflösender Ultraschall zur Biomedizinische Technik, Dr. Robert Lemor

Untersuchung von Zell- und Gewebestrukturen Pharmaindustrie Tel.: +49 (0) 6894/980-225

Therapiekontrolle Medizin, Hyperthermie, Koagulations- Dr. Robert Lemor

prozesse, klinische Forschung Tel.: +49 (0) 6894/980-225

Ultraschall-Prozesssensorik Kontrolle von Polymerisations- Dipl.-Ing. Steffen Tretbar

und Vulkanisationsprozessen Tel.: +49 (0) 6894/980-226

Abstandsmesstechnik Prozesskontrolle, Prozesssicherheit, Dipl.-Ing. Matthias Molitor

Messtechnik Tel.: +49 (0) 6894/980-210

Füllstandsmesstechnik Mess-, Umwelt- und Verfahrens- Dipl.-Ing. Matthias Molitor

technik Tel.: +49 (0) 6894/980-210

Therapeutischer Ultraschall Ophtalmologie, Physiotherapie, Dipl.-Ing. Christian Degel

Dentalmedizin Tel.: +49 (0) 6894/980-221

Ultraschall-Strömungsmessung Medizin, Technik, Flüssigkeiten, Gase Dipl.-Ing. Christian Degel

Tel.: +49 (0) 6894/980-221

Ultraschall-Signalverarbeitung Parameterextraktion Dr. Robert Lemor

Tel.: +49 (0) 6894/980-225

Ultraschallbasierte chirurgische Medizin Dr. Robert Lemor

Systeme (Planung, Navigation, Visualisierung) Tel.: +49 (0) 6894/980-225

Magnetische Resonanz zur Untersuchung der Penetration Pharmaindustrie, Kosmetikindustrie Priv.-Doz. Dr. Frank Volke

kosmetischer und pharmazeutischer Cremes und Tel.: +49 (0) 6894/980-405

Salben durch die Haut

Polymercharakterisierung Reifenindustrie, Ölindustrie, Neue Materialien Priv.-Doz. Dr. Frank Volke

Tel.: +49 (0) 6894/980-405

Flussmesstechnik in porösen Materialien, Biotechnologie, Chemische Analyse (HPLC) Priv.-Doz. Dr. Frank Volke

Röhren und Kapillaren Prozesstechnologie Tel.: +49 (0) 6894/980-405

In-situ-Katalysator-Entwicklung Automobilindustrie, Polymerindustrie Priv.-Doz. Dr. Frank Volke

Tel.: +49 (0) 6894/980-405

Bau von HF-Systemen für die magnetische Resonanz im Medizin, Werkstoffwissenschaften, Priv.-Doz. Dr. Frank Volke

Frequenzbereich von 1 MHz bis 750 MHz Prüftechnik Tel.: +49 (0) 6894/980-405

Entwicklung und Produktion von klinisch zertifizierten Spulen Medizin, Radiologie Priv.-Doz. Dr. Frank Volke

für MRI-Scanner, MR-Endoskope, MR-Mikrospulen Tel.: +49 (0) 6894/980-405

Arzneimittelvalidierung mittels NMR- Medizin, Arzneimittelindustrie Priv.-Doz. Dr. Frank Volke

Spektroskopie, -Bildgebung und -Mikroskopie Tel.: +49 (0) 6894/980-405

Durchführung klinischer Studien für Medizin, Arzneimittelindustrie Priv.-Doz. Dr. Frank Volke

die Arzneimittelvalidierung Tel.: +49 (0) 6894/980-405

Nichtinvasive Prozesskontrolle Lebensmittel, Gefriertrocknung, Priv.-Doz. Dr. Frank Volke

in der Lebensmitteltechnologie Lagerung, Qualitätsbestimmung Tel.: +49 (0) 6894/980-405

Biofilme an Grenzflächen Biotechnologie, Energiewirtschaft Priv.-Doz. Dr. Frank Volke

Tel.: +49 (0) 6894/980-405

Bildverarbeitungssoftware Medizin, andere Priv.-Doz. Dr. Frank Volke

2-D, 3-D Tel.: +49 (0) 6894/980-405

Molekulare Struktur, Dynamik, Diffusion Materialwissenschaft, Bauindustrie, Priv.-Doz. Dr. Frank Volke

in Verbundmaterialien Medizintechnik Luft-und Raumfahrt, Autoindustrie Tel.: +49 (0) 6894/980-405

Qualitätsbestimmung von Saatgut, nichtinvasive Online- Landwirtschaft Priv.-Doz. Dr. Frank Volke

Beobachtung des Keimungsprozesses Tel.: +49 (0) 6894/980-405



CAD/CAM Medizintechnik, Feinmechanik, andere Priv.-Doz. Dr. Frank Volke

Tel.: +49 (0) 6894/980-405

Optimierung von Gefrierprozessen und Kryobiologie, Lebensmittelindustrie Priv.-Doz. Dr. Frank Volke

Online-Kontrolle Tel.: +49 (0) 6894/980-405

Struktur und Dynamik pharmazeutisch Pharmaindustrie, Nachwachsende Rohstoffe Priv.-Doz. Dr. Frank Volke

relevanter Pflanzen und Organismen Tel.: +49 (0) 6894/980-405

Computerunterstützte chirurgische Medizin Dipl.-Ing. Peter Weber

Systeme (Planung, Navigation, Visualisierung) Tel.: +49 (0) 6894/980-227

Simulationstechnik und -technologie Medizin, Werkstoffprüfung, Dipl.-Phys. Daniel Schmitt

im Bereich Ultraschall Maschinen- und Anlagenbau Tel.: +49 (0) 6894/980-120

Akustikberechnungen Automotive, Maschinenbau, Dipl.-Phys. Daniel Schmitt

Prüf- und Prozesstechnik Tel.: +49 (0) 6894/980-120

Mikrofluidik, CFD Medizin, Biotechnologie, Dipl.-Phys. Daniel Schmitt

Prozesstechnik Tel.: +49 (0) 6894/980-120

Mikroakustik Medizin, Dipl.-Phys. Daniel Schmitt


MEMS-Modellierung Medizin, Biotechnologie, Dipl.-Phys. Daniel Schmitt

Nanotechnologie Tel.: +49 (0) 6894/980-120

Ultraschall-Wandler-Simulationen (pMUT) Medizin, Biotechnologie, Dipl.-Phys. Daniel Schmitt


3-D-Rekonstruktion und Visualisierung Medizin, Biotechnologie Dipl.-Phys. Daniel Schmitt

Tel.: +49 (0) 6894/980-120

Algenkultursammlung kryophiler Reinigungsmittel-, Pharma-, Dr. Thomas Leya

Mikroalgen (CCCryo) Lebensmittel- und Kosmetikindustrie Tel.: +49 (0) 30/2093-8350

Algenrohmaterial aus kundenspezifischer Reinigungsmittel-, Pharma-, Dr. Thomas Leya

Anzucht Lebensmittel- und Kosmetikindustrie Tel.: +49 (0) 30/2093-8350

DNA, RNA, cDNA für Downstream- Reinigungsmittel-, Pharma-, Dr. Thomas Leya

prozesse Lebensmittel- und Kosmetikindustrie Tel.: +49 (0) 30/2093-8350

Miniaturisiertes Design von biologisch Biotechnologie, Nahrungsmittelproduktion, Dr. Götz Pilarczyk

aktiven Oberflächen Pharmakoscreening Tel.: +49 (0) 30/2093-8767

Charakterisierung von Zellspuren als Biotechnologie, Nahrungsmittelproduktion, Dr. Götz Pilarczyk

diagnostische Ersatzstrukturen Pharmakoscreening Tel.: +49 (0) 30/2093-8767

Biologische Mikrosysteme Medizin, Biotechnologie, Dr. Claus Duschl

(Bio-Lab-on-Chip) Pharmazie Tel.: +49 (0) 30/2093-8688

Mikrosysteme für die Zell-, Bakterien- Medizin, Biotechnologie, Dr. Peter Geggier

und Virendiagnostik Pharmazie Tel.: + 49 (0) 30/2093-8809

Optische und elektrische Fallen zur Medizin, Biotechnologie, Dr. Peter Geggier

berührungsfreien Partikelpositionierung in Lösung Pharmazie Tel.: + 49 (0) 30/2093-8809

Chipbasierte Elektrophorese Medizin, Biotechnologie, Dr. Peter Geggier

Pharmazie Tel.: + 49 (0) 30/2093-8809

Wechselwirkung von Zellen mit Medizin, Biotechnologie, Dr. Peter Geggier

Biomaterialien Pharmazie Tel.: + 49 (0) 30/2093-8809

Biomolekulare Nanostrukturierung Biotechnologie, Medizin, Pharmazie, Prof. Dr. Frank F. Bier

Bioinformatik, EDV Tel: +49 (0) 33200/88-378

Optische Biosensoren für Sprengstoff- Umweltanalytik, Medizin, Lebens- Prof. Dr. Frank F. Bier

derivate, Hormone, Pestizide mitteltechnologie, Diagnostik Tel: +49 (0) 33200/88-378

Mikroarray und Biochipherstellung Diagnostik, Umweltanalytik, Dr. Eva Ehrentreich-Förster

Lebensmittelanalytik Tel.: +49 (0) 33200/88-293

PCR auf dem Chip Diagnostik, Umweltanalytik, Dr. Markus von Nickisch-Rosenegk

Lebensmittelanalytik Tel.: +49 (0) 33200/88-207

Molekularbiologische DNA-Konstrukte Biotechnologie, Priv.-Doz. Dr. Ralph Hölzel

Nanobiotechnologie Tel.: +49 (0) 33200/88-289



Datenbankzugriff für Biochip-Daten LIMS für das Biotechnologie, Pharmazie, Diagnostik Dipl.-Biol. Rothin Strehlow

Biochiphandling von der Produktion bis zur Auswertung Tel.: +49 (0) 33200/88-296

Oberflächencharakterisierung mit Biotechnologie Dipl.-Ing. Alexander Christmann

Rastersondenmikroskopie (AFM, SNOM) Tel.: +49 (0) 33200/88-296

Biochip-Detektion Biotechnologie, Pharmazie, Diagnostik Dr. Nenad Gajovic-Eichelmann

Tel.: +49 (0) 33200/88-350

Elektrochemische Biosensoren Biotechnologie, Pharmazie, Diagnostik, Dr. Nenad Gajovic-Eichelmann

Lebensmittelindustrie Tel.: +49 (0) 33200/88-350

In-vitro-gewebebasierte Biosensoren Pharmazie, Medizin, Medizintechnik, Dr. Hagen Thielecke

zum Test der physiologischen Wirkung von Substanzen Umweltüberwachung Tel.: +49 (0) 6894/980-162

Katheter-Sensorik zur mikro- Medizin, Medizintechnik Dr. Hagen Thielecke

anatomischen Untersuchung von Gefäßen Tel.: +49 (0) 6894/980-162

Tieftemperaturmesstechnik (digital/analog) Elektronik, Kryobiotechnologie, Luft- und Prof. Dr. Heiko Zimmermann

Raumfahrt Tel.: +49 (0) 6894/980-246

Echtzeit-Infrarotthermographie Medizin, Biotechnologie, Neue Materialien Prof. Dr. Heiko Zimmermann

Tel.: +49 (0) 6894/980-246

Ultrahochgeschwindigkeits-Fotografie Biotechnologie, Polymerchemie Prof. Dr. Heiko Zimmermann

Tel.: +49 (0) 6894/980-246

Tieftemperaturmechatronik Kryobanking, Materialforschung Dipl.-Phys. Uwe Schön

Tel.: +49 (0) 6897/9071-30

Kryoprozesstechnik Kryobanking, Zellbanking Dr. Frank Obergriesser

Tel.: +49 (0) 6897/9071-90

Schonende Isolierung von Stamm-/Progenitorzellen Biotechnologie, Medizin Priv.-Doz. Dr. Charli Kruse

aus exokrinem Gewebe Tel.: +49 (0) 451/2903-210

Kontakt und weitere Informationen

Bitte rufen Sie uns an, wenn Sie Fragenhaben, weitere Informationen oder einkonkretes Angebot wünschen. Publika-tionen und Broschüren senden wirIhnen gerne zu. Besuchen Sie unsereInternetseiten: http://www.ibmt.fraunhofer.de.

Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik IBMTEnsheimer Straße 4866386 St. IngbertTelefon: +49 (0) 6894/980-0Fax: +49 (0) 6894/980-400

Marketing / ÖffentlichkeitsarbeitDipl.-Phys. Annette MaurerTelefon: +49 (0) 6894/[email protected]



Das Institut in Zahlen

– Mitarbeiterentwicklung– Betriebshaushalt– Vertragsforschung mit der Wirtschaft

Intravaskulare Ultraschallsonde zur Ablagerungsdetektion in Gefäßen.



Mitarbeiterentwicklung

Im Jahr 2004 waren am Fraunhofer-Institut für Biomedizinische TechnikIBMT 169 wissenschaftliche, techni-sche und verwaltende Mitarbeiter(inklusive Lehrstühle) sowie 30 studen-tische Hilfskräfte und 45 Praktikantenbeschäftigt. Zusätzlich arbeiteten 16 Gastwissenschaftler im Institut.

Betriebshaushalt

Der voraussichtliche Betriebshaushalt2004 wird 10,3 Mio. € betragen.

Vertragsforschung mit der Wirtschaft

Projektarbeit steht im Vordergrund derForschungsaktivitäten am Institut. Eswar Ziel des Jahres 2004, die sehrgroße Zahl der Projekte in den Jahren2000 bis 2002 zugunsten größerer Pro-jekte zu verringern. Dies ist bei steigen-dem Gesamtprojektumfang mit nun-mehr 310 Projekten gelungen. Davonentfielen 90 Projekte auf industrielleAuftraggeber, das entspricht ca. 33,3 %.

250

200

150

100

50

0

Anzahl

1999 2000 2001 2002 2003 2004

103

50

6

104

47

6

123

44

9

150

45

4

141

45

6

169

30

14

Gäste Student. Hilfskräfte

Mitarbeiter gesamt

450

400

350

300

250

200

150

100

50

0

1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004

93111 119 125

140

242

299 290 283

379

399

380

322 310

Anzahl

Personalentwicklung von 1999 bis 2004.

Projektentwicklung von 1999 bis 2004.



– Landkarte mit Forschungseinrichtungen– Gesamtkompetenz im Überblick– Forschungsfelder– Zielgruppen– Leistungsangebot– Vorteile der Vertragsforschung

Standorte der Fraunhofer-Gesellschaft, insbesondere des IBMT in Deutschland.

Die Fraunhofer-Gesellschaft auf einen Blick



Die Gesellschaft umfasst zur Zeit 58Institute, die sich in acht thematischenForschungsfeldern organisieren. Auf-grund der starken Interdisziplinaritätim Feld der Biotechnologie ist es eingravierender Vorteil der Fraunhofer-Gesellschaft mit ihren Instituten undVerbünden, nahezu alle Technologie-felder aus Forschung und Industrieabdecken zu können. Zur optimalenNutzung dieser Kompetenz durchunsere Auftraggeber sind deshalb imFolgenden die Kerngebiete der Fraun-hofer-Gesellschaft zusammengestellt.

Gesamtkompetenz im Überblick

Die Fraunhofer-Gesellschaft betreibtanwendungsorientierte Forschung zumunmittelbaren Nutzen für Unterneh-men und zum Vorteil der Gesellschaft.Vertragspartner und Auftraggeber sindIndustrie- und Dienstleistungsunter-nehmen sowie die öffentliche Hand.Im Auftrag und mit Förderung durchMinisterien und Behörden des Bundesund der Länder werden zukunftsrele-vante Forschungsprojekte durchge-führt, die zu Innovationen im öffentli-chen Nachfragebereich und in derWirtschaft beitragen.

Mit technologie- und systemorientier-ten Innovationen für ihre Kunden tra-gen die Fraunhofer-Institute zur Wett-bewerbsfähigkeit der Region, Deutsch-lands und Europas bei. Dabei zielen sie auf eine wirtschaftlich erfolgreiche,sozial gerechte und umweltverträglicheEntwicklung der Gesellschaft.

Ihren Mitarbeiterinnen und Mitarbei-tern bietet die Fraunhofer-Gesellschafteine Plattform zur fachlichen und per-sönlichen Entwicklung für anspruchs-volle Positionen in ihren Instituten, inanderen Bereichen der Wissenschaft,in Wirtschaft und Gesellschaft.

Die Fraunhofer-Gesellschaft betreibtderzeit rund 80 Forschungseinrichtun-gen, davon 58 Institute, an über 40Standorten in ganz Deutschland. Rund12 700 Mitarbeiterinnen und Mitarbei-ter, überwiegend mit natur- oder inge-nieurwissenschaftlicher Ausbildung,bearbeiten das jährliche Forschungsvo-lumen von über 1 Milliarde €. Davonfallen mehr als 900 Millionen € aufden Leistungsbereich Vertragsfor-schung. Für rund zwei Drittel diesesLeistungsbereichs erwirtschaftet dieFraunhofer-Gesellschaft Erträge ausAufträgen der Industrie und öffentlichfinanzierten Forschungsprojekten. EinDrittel wird von Bund und Ländern bei-gesteuert, um damit den Instituten dieMöglichkeit zu geben, Problemlösun-gen vorzubereiten, die in fünf oderzehn Jahren für Wirtschaft und Gesell-schaft aktuell werden.

Niederlassungen in Europa, in den USAund in Asien sorgen für Kontakt zuden wichtigsten gegenwärtigen undzukünftigen Wissenschafts- und Wirt-schaftsräumen.

Joseph von Fraunhofer an einem seiner Instrumente.



Mitglieder der 1949 gegründeten undals gemeinnützig anerkannten Fraun-hofer-Gesellschaft sind namhafteUnternehmen und private Förderer.Von ihnen wird die bedarfsorientierteEntwicklung der Fraunhofer-Gesell-schaft mitgestaltet.

Ihren Namen verdankt die Gesellschaftdem als Forscher, Erfinder und Unter-nehmer gleichermaßen erfolgreichenMünchner Gelehrten Joseph vonFraunhofer (1787-1826).

Forschungsfelder

Forschung und Entwicklung sind in derFraunhofer-Gesellschaft in achtInstitutsgruppen (Cluster) zusammen-gefasst:– Werkstofftechnik/Bauteilverhalten– Produktionstechnik/Fertigungstech-

nologie– Informations- und Kommunikations-

technik– Mikroelektronik/Mikrosystemtechnik– Sensortechnik und -systeme– Verfahrenstechnik– Energie- und Bautechnik, Umwelt-

und Gesundheitsforschung– Technisch-ökonomische

Studien/Informationsvermittlung

Zur Stärkung der Biowissenschaftenwurde im Jahre 2001 der Life Science-Verbund, bestehend aus vier Instituten(IBMT, IGB, IME und ITEM) gegründet.

Zielgruppen

Die Zielgruppen der Fraunhofer-Gesell-schaft sind die Wirtschaft und dieöffentliche Hand. – Für Auftraggeber aus der Wirtschaft

erarbeitet die Fraunhofer-Gesell-schaft technische und organisatori-sche Problemlösungen bis zur Einsatzreife. Sind Systemlösungengefragt, arbeiten mehrere Fraunho-fer-Institute unter Führung und Koor-dination eines auftragnehmendenInstitutes zusammen.

– Im Auftrag von Bund und Ländernwerden strategische Forschungspro-jekte durchgeführt. Sie dienen derFörderung von Schlüsseltechnologienund Innovationen auf Gebieten, dievon besonderem öffentlichen Interes-se sind, wie z.B. der Umweltschutz,die Energietechniken und dieGesundheitsvorsorge. Im Rahmender Europäischen Union beteiligt sichdie Fraunhofer-Gesellschaft an Tech-nologieprogrammen, die der Steige-rung der Wettbewerbsfähigkeit dereuropäischen Wirtschaft dienen.

Leistungsangebot

Die Fraunhofer-Gesellschaft bietet Forschung und Entwicklung in vielenLeistungsbereichen an:– Produktoptimierung, Entwicklung

von Prototypen, Optimierung vonVerfahren und Entwicklung neuerProzesse

– Einführungsunterstützung neuerbetrieblicher Organisationsformenund Technologien durch– Erprobung in Demonstrations-

zentren mit modernster Geräteausstattung

– Schulung der beteiligten Mitarbeiter vor Ort

– Service-Leistungen auch nach Einführung neuer Verfahren und Produkte

– Technologieberatung durch– Machbarkeitstudien– Marktbeobachtungen– Trendanalysen– Wirtschaftlichkeitsberechnungen– Förderberatung, insbesondere für

den Mittelstand– Prüfdienste und Erteilung von

Prüfsiegeln– Ausgründung von Firmen– Beratung zu Firmenkonzepten– Erarbeitung von Wirtschafts-

konzepten

Vorteile der Vertragsforschung

Durch die Zusammenarbeit aller Insti-tute stehen den Auftraggebern derFraunhofer-Gesellschaft zahlreicheExperten mit einem breiten Kompe-tenzspektrum zur Verfügung. Gemein-same Qualitätsstandards und das pro-fessionelle Projektmanagement derFraunhofer-Institute sorgen für verläss-liche Ergebnisse der Forschungsaufträ-ge. Modernste Laborausstattungenmachen die Fraunhofer-Gesellschaftfür Unternehmen aller Größen undBranchen attraktiv. Neben der Zuver-lässigkeit einer starken Gemeinschaftsprechen auch wirtschaftliche Vorteilefür die Zusammenarbeit, denn diekostenintensive Vorlaufforschungbringt die Fraunhofer-Gesellschaftbereits als Startkapital in die Partner-schaft ein.



Ausgewählte Forschungs-ergebnisse und Anwendungen

– Mikrosysteme/Lasermedizin– Biohybride Systeme– Medizintechnik & Neuroprothetik– Medizinische Biotechnologie

– Molekulare Bioanalytik & Bioelektronik– Zelluläre Biotechnologie & Biochips

– Kryobiophysik & Kryotechnologie– Zelldifferenzierung & Zelltechnologie– Ultraschall– Medizin-Telematik– Computerunterstützte Simulationen– Biomedizinische Kompetenzzentren

Adhäsionsmuster eines Fibroblasten auf einer Glasoberfläche.



Mikrosysteme/Lasermedizin

Angebote, Ergebnisse und Produkte der Arbeitsgruppen

– Magnetische Resonanz– Miniaturisierte Systeme– Lasermedizin

Highlight: Multiphotonen-Tomographie von Hauttumoren mittels Femtosekunden-Laser

Ausstattung

Abbildung: links: Dissektion von humanen Chromosomen mittels Femtosekunden-Laser; rechts: Multiphotonen-Imaging von Elastin und Kollagen.



Gegenwärtig wird am Fraunhofer IBMTein neuer ForschungsschwerpunktOptische Nanotechnologien eingerich-tet, der sich vorrangig mit der Anwen-dung optischer Methoden zur hoch-auflösenden Laserdiagnostik und mitder Nanochirurgie beschäftigt.

Von besonderer Bedeutung ist dieAnwendung kompakter naher infraro-ter Femtosekundenlaser (1 fs = 10-15 s)für die Nanobiotechnologie, die Vital-zell-Mikroskopie sowie die diagnosti-sche und therapeutische Medizin mit-tels Multiphotonen-Effekten. So werden 5-D-Multiphotonen-Systemehoher räumlicher Submikrometer-Auf-lösung, 100 Pikosekunden zeitlicherAuflösung und 10 Nanometer spektra-ler Auflösung entwickelt und für dieGen-Detektion, die Multiphotonen-Tomographie von Zellen und die Erstel-lung nichtinvasiver optischer Biopsienvon Hauttumoren eingesetzt. Zudemwerden Femtosekunden-Laserpulsehoher Intensität (TW/cm2) für dieNanostrukturierung von Halbleiter-Materialien und Polymeren sowie zurNanochirurgie mit Schnittweiten imSub-100-Nanometerbereich appliziert.Anwendungen liegen insbesondere imBereich Gentherapie mittels optischenGentransfers (optische Membranper-meation), Tumortherapie, Augenchirur-gie und Inaktivierung von Mikroorga-nismen.

Die Arbeitsgruppe Lasermedizin ver-fügt über eine Vielzahl innovativerLasersysteme. Kernstück ist eine 5-D-Multiphotonen-Laserscanning-Anord-nung auf der Basis zeitkorrelierter Ein-zelphotonen-Zählung und spektralenImagings. Zur Ausstattung gehörtzudem ein klinisch zugelassenes Fem-tosekunden-Lasersystem mit Grinlin-sen-Endoskop für die Multiphoton-Tomographie der Haut. Inzwischenwurden in Kooperation mit der Derma-tologischen Klinik der Friedrich-Schiller-Universität Jena mehr als 80 Patientenmit diesem System untersucht. Für denNachweis von Einzelmolekülen stehteine Zweiphotonen-FCS (FluorescenceCorrelation Spectroscopy)-Anordnungzur Verfügung. Protein-Protein-Wech-selwirkungen in vitalen Zellen könnenmittels zeitaufgelösten Förster-Energie-transfers (FLIM-FRET) bildgebend erfasst werden. Multiphotonen-Syste-me am IBMT ermöglichen somit dieUntersuchung von Einzelmolekülen,Protein-Protein-Wechselwirkungen,genomischen Regionen, Einzelzellen,Zellclustern, Gewebearealen, Klein-tieren und am Patienten.

Erfolgreich konnten Projekte auf demGebiet der optischen Nanotechnolo-gien von der Europäischen Union, derDeutschen Forschungsgemeinschaft,dem BMBF und der Industrie einge-worben werden. Die IBMT-AbteilungMikrosysteme/Lasermedizin wird imMärz 2005 eine der bedeutendsteninternationalen Mikroskopietagungen,„Focus on Microscopy“, organisieren,die anlässlich des 100. Todestages vonErnst Abbe mit einem speziellen Sym-posium in Jena beginnen wird. Erwar-tet werden ca. 500 Teilnehmer.

AnsprechpartnerProf. Dr. Karsten KönigTelefon: +49 (0) 6894/[email protected]



Biomedizinische Forschung (NMR, FT-IR):– Evaluierung von Wirkstoffen mit

NMR-Spektroskopie und MR-Imaging– NMR-Mikroimaging und MRI

(Magnetresonanz-Tomografie)– Arzneimitteltest in Zellkulturen,

Tumorsphäroiden und künstlicherHaut

– Formulierung von Wirkstoffen, Cremes, Gelen etc.

– Permeationsverhalten von Vesikeln,Drug-Carriers und Zellen

– Wechselwirkung membranaktiverPharmaka mit Modell- und Biomem-branen

– Liposomen als Wirkstoffträger– Charakterisierung (in vitro) von Zell-

bestandteilen und Stoffwechselakti-vitäten in Zellen mit hochauflösen-den Festkörper-NMR-Techniken

– molekulare Charakterisierung vonBiomineralisierungsprozessen

– Alterungsprozesse in Gelen, Cremes etc.

– Hydratationseigenschaften von Bio-polymeren und Werkstoffen

– Beschichtung von Oberflächen (Biokompatibilität)

– In-vitround In-vivo-Studien zur Wirkung von Cremes und Salben auf die Haut

– Untersuchung von Bioklebern– Untersuchung von Biosensoren– Zellen unter extremen Belastungen

(z.B. Kryokonservierung, Kryoprotek-tion).

– Zell-Zell- und Zell-Oberflächen-Wechselwirkung mit hochauf-lösender NMR-Spektroskopie

Materialforschung (NMR, FT-IR, AFM)– molekulare Struktur und Dynamik in

Polymeren und Biopolymeren– Diffusionsverhalten von Flüssigkeiten

in Polymeren– NMR-Microimaging in Verbundmate-

rialien– Quellfähigkeit von Polymeren und

Biopolymeren– Evaluierung von Filtermaterialien

(chemische Industrie, Lebensmittel-technologie, Biotechnologie, Pharmazie)

– Evaluierung der Schutzwirkung vonWachsen

– selbstorganisierende Moleküle zurHerstellung von Nanostrukturen fürden technischen Einsatz

NMR-Technologie– nichtinvasive NMR-Fluss-Messungen

mit hoher Auflösung, schnelle Bild-gebungsverfahren für Online-Kon-trolle, Flussverhalten an Oberflächenunterschiedlicher physiko-chemischerEigenschaften (Biokompatibilität)

– schnelle 3-D-MR-Bildgebung auchfür Festkörper

– NMR-Probenköpfe für Spektroskopieund Microimaging mit Spulendurch-messer von 2 mm bis 40 mm, angepasst an entsprechende Unter-suchungsobjekte

– State-of-the Art-Gradientenspulenfür NMR-Microimaging, z.B. 200G/cm Gradientensysteme in x,y,z-Richtung und Zeiten für die Mess-bereitschaft, beginnend bei 50 Mikrosekunden

– NMR-Spulen für medizinische Ganz-körper-Tomografen, z.B. Lungen-Spule für MRI am klinischen Gerätfür (polarisiertes) Helium und/oderXenon

– minimalinvasive NMR-Technik, z.B.NMR-Spulen in Verbindung mitendoskopischen Eingriffen

– Magnetische Resonanz-Positionie-rungssysteme für medizinische Eingriffe

– CAD-CAM für Lebens- und Material-wissenschaft

Sonstiges:– Consulting und Studien (Forschungs-

einrichtungen, Gerichte, Unterneh-men, Behörden)

– Kurse für NMR-Spektroskopie undMikroimaging (Industrie)

AnsprechpartnerPriv.-Doz. Dr. Frank VolkeTelefon: +49 (0) 6894/[email protected]

Magnetische Resonanz




– miniaturisierte Sensor- und Aktor-Systeme, auf Wunsch mit drahtloserAnsteuerung/Datenakquisition

– miniaturisierte Telemetriesysteme(nicht nur) für medizinische Anwen-dungen (induktive Übertragung, Infrarot-Telemetrie, Funktelemetrie)

– ASIC-Design für größenoptimierteSensor-, Aktor- und Kommunikations-Elektronik

– mikromechanische Silizium-Sensorenals massensensitive Bakterien- undZellsensoren

– Sensoren zum Messen der Speichel-menge im Mund

– taktile Sensoren (Endoskopie, Robotik)

– Mikrofluidik-Systeme als fluidischesInterface zu Biosensoren und Biochips

– Biozell-Handlingsysteme (z.B. mikro-mechanisch hergestellte Multidüsen-struktur zum parallelen Handlingmehrerer Zellen)

– Mikro-Injektionschips für Zellinjek-tionen

– Aufbau- und Verbindungstechnik(u.a. von Mikroimplantaten und Bio-Analysechips)

– Design und Fertigung ultradünner (5-10 µm), flexibler Printed CircuitBoards mit Leiterbahnbreite ≥ 5 µm

– Mikrostrukturierung verschiedener,insbesondere flexibler, biokompatiblerMaterialien (Ätzen, Heißprägen, Silikonabformen)

– Hybridintegrierte Schichttechniken(Dickschicht-, Dünnfilmtechnik)

– Abscheidung und Mikrostrukturie-rung stressarmer Siliziumnitrid-Schichten (PECVD)

– Abscheidung und Mikrostrukturie-rung feuchteundurchlässiger Parylene-Schichten

– Abscheidung metallischer und dielek-trischer Schichten (Aufdampfen, Sputtern)

AnsprechpartnerDr. Thomas VeltenTelefon: +49 (0) 6894/[email protected]

– Multiphotonen-Lasermikroskopiemittels Femtosekunden-Laser imNahen Infrarot (NIR)

– optische Tomographie von Zellen und Geweben

– optische Melanom-Diagnostik undDrug-Screening

– Nanochirurgie innerhalb von Zellenund Geweben

– Mikrostrukturierung

AnsprechpartnerinDr. Iris RiemannTelefon: +49 (0) 6894/[email protected]

Miniaturisierte Systeme Lasermedizin



Situation

Jährlich erkranken in Deutschland rund100 000 Menschen an Hautkrebs. DieTendenz ist steigend, insbesonderedurch zunehmende Exposition mitultraviolettem (UV) Licht. Die Diagnoselautet zumeist Plattenepithelkarzinom,Basaliom oder malignes Melanom.3000 Hauttumor-Patienten sterbenjährlich vorwiegend am malignenMelanom (»schwarzer Hautkrebs«).Personen mit einem gehäuften Auftre-ten von Muttermalen (Nevi) zählen zurRisikogruppe. Die Früherkennung undoperative Entnahme der bösartigenHautveränderungen würde die erfolg-reiche Behandlung ermöglichen,jedoch ist bislang ein hochauflösenderBlick in das pigmentierte Areal nichtmöglich.

Die bisherige Diagnose basiert auf derBeobachtungsgabe und Erfahrung desbehandelnden Arztes. Er beurteiltsichtbare anormale pigmentierte Haut-veränderungen nach der sogenanntenABCDE-Regel: A für Asymmetrie, B fürdie Art der Begrenzung, C für dieKoloration (Farbe), D für den Durch-messer und E für die Erhabenheit(Topographie der Oberfläche). CCD-Kameras mit spezieller Bildauswerte-software, wie das System »PhotoFin-der« mit der am Fraunhofer IBMT ent-wickelten Software Dermoscope, kön-nen ihn dabei unterstützen, jedoch istauch hier nur eine Begutachtung derHautoberfläche (2-D-Verfahren) mög-lich. Um eine Tiefenaussage zu erhal-ten, kann Ultraschall oder OptischeKohärenztomographie (OCT) verwen-det werden, jedoch gestattet die gerin-

ge Auflösung keine Erkennung vonEinzelzellen. Auch auf Reflexion beru-hende konfokale Systeme, wie dasVivascope, verfügen über eine nurbegrenzte Detektionstiefe und übereinen geringen Informationsgehalt. Bei Tumor-Verdacht entnimmt der Arzttypischerweise mittels Hautstanze eineBiopsie (ca. 3 mm Durchmesser, 5 mmTiefe). Diese wird anschließend histo-logisch aufbereitet, d.h. mittels Chemi-kalien fixiert, in 7 µm dicke Scheibengeschnitten und mit Hämatoxylin/Eosingefärbt. Danach erfolgt die visuelleBegutachtung der HE-Schnitte durcheinen erfahrenden Histopathologenmittels Durchlicht-Mikroskop mit sub-zellulärer Auflösung. Werden durchdiese Prozedur schließlich Tumorzellenanhand morphologischer Kriterienerkannt, wird eine Operation mit großflächiger Gewebeentnahme (z.B.5 cm Durchmesser, 1 cm Tiefe) erfol-gen. Um eine schnelle Frühstdiagnosevon bösartigen Hautveränderungen zuermöglichen, werden daher nicht-invasive und minimalinvasive dreidi-menisonale (3-D) Verfahren gefordert,die einen Blick in die Haut mit zellulä-rer Auflösung ermöglichen.

Lasermedizin

Highlight: Multiphotonen-Tomographie von Hauttumorenmittels Femtosekunden-Laser

Abbildung 1a: CCD-Aufnahme eines pigmentiertenMuttermales mittels Photofinder.

Abbildung 1b: Aufnahme des gleichen Hautareals mit-tels Magnetresonanz-Tomographie.

Abbildung 1c: Aufnahme mittels Ultraschall.



Projektbeschreibung

Durch den Einsatz von nahen infraro-ten (NIR) Femtosekunden-Lasern isterstmals eine neuartige Tomographiemöglich, die den Blick in die Haut mitsubzellulärer Auflösung gewährleistet.Das neue, mit dem BMBF-Innovations-preis 2003 zur Förderung der Medizin-technik ausgezeichnete Diagnosever-fahren und Lasersystem basiert auf dersogenannten Multiphotonen-Anre-gung körpereigener fluoreszierenderBiomoleküle und ermöglicht die 3-D-Darstellung der Koenzyme NADH undNADPH sowie von Flavinen, Kollagen,Elastin und dem Pigment Melanin. Die räumliche Auflösung beträgt etwa1 Mikrometer. Eine Anfärbung derHaut ist nicht notwendig. Um auch indie tief gelegene Dermis hochauflösendschauen zu können, wird zudem amIBMT ein Mini-Endoskop mit einemAußendurchmesser von 1 - 2 Millime-tern entwickelt. Das Multiphotonen-Imaging-System wird weltweit erstma-lig in der Klinik eingesetzt und stelltsogenannte »optische Biopsien« mitsubzellulärer Auflösung bereit.

Aufgaben

In Kooperation mit der Dermatologi-schen Klinik am Klinikum der Friedrich-Schiller-Universität Jena werden Patien-ten mit der Diagnose malignes Mela-nom mit dem Multiphotonen-Imaging-System Dermainspect des Projektpart-ners JenLab GmbH dreidimensionalvermessen. Die Aufnahmezeit beträgtpro Tiefenebene ca. 8 Sekunden, diegesamte Behandlungsdauer ca. 15 Minuten. Es wird eine laterale Auf-

lösung von ca. 500 Nanometern undeine axiale Auflösung von ca. 1 – 2Mikrometern erreicht. Zudem werdenAufnahmen zum Fluoreszenz-Lifetime-Imaging (FLIM) mittels zeitkorrelierterEinzelphotonen-Zählung (TCSPC)erstellt. Die Fluoreszenzlebensdauerermöglicht Aussagen zum Fluorophor-Typ und zur Mikroumgebung desleuchtenden Biomoleküls.

Anschließend werden die »klassi-schen« Untersuchungen durchgeführt:Biopsieentnahme und histologischeAufbereitung. Anhand von 4-D-Rekon-struktionen (3-D-Intensitäts-Aufnah-men + FLIM Aufnahmen) der Multi-photonen-Studien im Vergleich mit derhistopathologischen Auswertung sollgeprüft werden, ob mittels optischenBiopsien eine schnelle nichtinvasiveFrüherkennung von einzelnen Turmor-zellen möglich ist.

In einem zweiten Aufgabenteil wirdein Mini-Endoskop auf der Basis vonGrinlinsen entwickelt. Minimalinvasivsoll dieses in die tief gelegene Dermiseingeführt und Aufnahmen schnell-wachsender Tumore und der extrazel-lulären Matrix ermöglichen.

Abbildung 2: Multiphotonen-Tomographie-System (DermaInspect).

Abbildung 3a: Multiphotonen-Aufnahme mit hohersubzellulärer Auflösung.

Abbildung 3b: Optische Biopsie eines Melanoms.


Ergebnis

Vergleichende Aufnahmen eines Mut-termals einer 39-jährigen Patientin mit-tels Reflexion, Ultraschall, Magnetreso-nanz und OCT zeigen deutlich dieBeschränkung konventioneller Verfah-ren. Die Darstellung einzelner Zellenwar mit diesen Verfahren nicht mög-lich (Abbildung 1 a-c). Dagegen konn-ten mittels durchstimmbarer NIR-Fem-tosekunden-Laser hoher Pulsfolgefre-quenz von 80 MHz und geringer Puls-energie von weniger als 500 Pikojoule(Abbildung 2) weltweit erstmals hoch-auflösende Aufnahmen von Tumorpa-tienten gewonnen werden. Der Blick inpigmentierte Areale war bis in eineTiefe von ca. 150 Mikrometern mög-lich. Wie den Abbildung 3 a,b zu ent-nehmen sind, können anhand derEigenfluoreszenz die einzelnen Zellendeutlich dargestellt und die nichtfluo-reszierenden Zellkerne und die fluores-zierenden Mitochondrien erkannt werden. Aussagen zum Atmungsstoff-wechsel, dem Teilungsverhalten undder Morphologie einzelner Tumorzellensowie der Zellen in den verschiedenenHautstrukturen sind so möglich. Inzwi-schen konnten 80 Patienten vermessenwerden. Zudem wurde ein erster Prototyp aufder Basis eines Multiphotonen-Scan-Systems in Kombination mit einemGrinlinsen-Endoskop erstellt. Ziel ist dieklinische Zulassung des Gesamt-systems. Die Studie wird 2006 abge-schlossen werden.

Projektförderung

Das Projekt »Multiphotonen-Tomogra-phie von Hauttumoren« (Förderkenn-zeichen: 01EZ0331) wird vom BMBFfür den Zeitraum 01.03.04 – 28.02.06gefördert.

Ansprechpartner

Prof. Dr. Karsten KönigTelefon: +49 (0) 6894/980-150Fax: +49 (0) 6894/[email protected]



Magnetische Resonanz

– zwei 9,4 Tesla Hochfeld-NMR-Spek-trometer für Spektroskopie (Flüssig-keiten, Gele, Festkörper) und Mikro-imaging (Auflösung bis 6 µm)

– schnelle MR 3-D-Bildgebung undnichtinvasive Flussmessungen

– hochauflösende-MAS (Magic AngleSpinning)-NMR-Spektroskopie an viskosen Stoffen und Festkörpern inVerbindung mit mehrdimensionalerNMR

– Diffusionsmessungen (Selbstdiffu-sionskoeffizienten) bis 10-14 m2/s mit Pulsed-Field-Gradient-NMR

– CAD und CAM von NMR-Proben-köpfen (bis 800 MHz) und magneti-schen Feldgradienten-Einheiten (bis500 G/cm) für Mikroimaging undSonderanfertigungen für klinischeMRT-Systeme

– CAD und CAM von MRI und NMRZubehör, z.B. Positioniersystemesowie andere Anwendungen

– 200 MHz NMR-Spektrometer mitZusatz für Festkörperhochauflösung(MAS)

– FT-IT-Spektrometer mit ATR-Zusatzfür Spektroskopie an Grenzflächen

– medizinische Software (z.B. Haut-krebs-Früherkennung)

– HF-Messplatz und Magnetfeld-Messungen

Miniaturisierte Systeme

– vollständige Photo-Lithographie mitResistprozessor und doppelseitigemMaskaligner für die Mikrostrukturie-rung

– Trockenätzanlage (RIE) für Silizium-wafer sowie auch für Kunststoff-substrate

– Prozessanlage für anisotropes Ätzenvon Silizium

– Laser zum Bohren und Schneiden(z.B. von Silizium oder Aluminium-oxid-Keramik)

– Aufbau- und Verbindungstechno-logien (Die-Bonder, Ball-Wedge-Bonder, Wedge-Wedge-Bonder)

– Anodischer Bonder– Dünnfilmprozessanlagen (Sputtern,

Aufdampfen, PECVD)– Abscheideanlage für Parylene C– Heißprägeanlage– Labor für Silikonabformen– Hybrid-Laborlinie– Design-Technik für Masken-Layout

und Schaltungs-Layout– ASIC-Design-Technik (Mentor

Graphics Design-Flow)– 3-D-Laser-Profilometer– Rasterelektronenmikroskop

(REM, EDX)– Rastersondenmikroskop (SPM, AFM)

Lasermedizin

– Femtosekunden-Laser im NahenInfrarot (Vitesse mit fester Wellen-länge (800 nm), Chameleon, durch-stimmbar (720 - 930 nm)) mit Multi-photonen-Mikroskopen (LSM 510Meta-NLO, Zeiss, konfokales LaserScanning Mikroskop)

– Imaging-System DermaInspect, JenLab

Ausstattung




Biohybride Systeme


– Zell-basierte Sensorik & Biomonitoring– Molekulares Zell- & Tissue Engineering

Highlight: »Creep Manipulation« von Zellen – Zellmanipulation mit Hilfe ultralangsamer, an die Zelldynamik angepasster Instrumentbewegung

Ausstattung

Manipulationexperiment an einem In-vitro-Tumormodell.



Es ist unumstritten, dass Stammzellenein enormes wirtschaftliches Potenzialbesitzen. Zugleich sind sich aber dieFachleute darüber einig, dass sichStammzellen, die in vitro differenziertwerden, kurz- oder mittelfristig nurbegrenzt wirtschaftlich im Rahmeneiner Zelltherapie nutzen lassen. EinHauptproblem ist der Mangel angeeigneten Technologien für die Zell-manipulation und Zellcharakterisie-rung. Für die Stammzelltechnologienbestehen jedoch kurz- und mittelfristigbei der Bereitstellung von pharma-kologischen Testmodellen gute wirt-schaftliche Verwertungschancen. DieGenerierung von pharmakologischenTestmodellen aus humanen adultenStammzellen ermöglichen der Pharma-industrie, den Test ihrer Wirkstoffe instark erweitertem Umfang an geeigne-ten humanen Zellen durchzuführen.Daher konzentriert sich die AbteilungBiohybride Systeme im Bereich Stamm-zelldifferenzierung auf die Bereitstel-lung von pharmakologischen Testmo-dellen aus humanen Zellen sowie vonTechnologien zur Überwachung derStammzelldifferenzierung. Für Zellkul-turen, die in der regenerativen Medizinoder als pharmakologische Testmodelleeingesetzt werden, besteht ein zuneh-mender Bedarf an standardisiertenZellkulturbedingungen. Die Standardi-

sierbarkeit der Zellkulturtechniken istjedoch wegen der Abhängigkeit vonmanuellen Methoden und des darausresultierenden hohen Aufwands unzureichend. Daraus resultiert einBedarf an automatisierbaren Zellkul-turmethoden, die in der Abteilung ent-wickelt werden. Zur Unterstützung derValidierung von Targetkandidaten imEntwicklungsprozess von Biopharma-zeutika steigt die Nachfrage an 3-D-Gewebemodellen. Spezifische 3-D-Gewebemodelle bieten die Mög-lichkeit, den Einfluss bestimmterTargetkandidaten auf die Pathogeneseumfassender in vitro zu analysieren als mit klassischen 2-D-Zellkulturen. Die Abteilung entwickelt 3-D-Gewebe-modelle sowie geeignete Auslesever-fahren für die Bereiche Tumorerkran-kungen, Zentrales Nervensystem undHerzerkrankungen.

Ansprechpartner

Stellvertr. Dr. Hagen ThieleckeTelefon: +49 (0) 6894/[email protected]



– Zell- und gewebebasierte Biosenso-ren für den funktionellen Wirkstoff-test sowie für die medizinische Diag-nostik in den Bereichen Onkologie,Neurologie und Kardiologie

– elektrochemische Mikrosensoren undMethoden für das funktionelle, mar-kierungsfreie Testen von Wirkstoffen,für das In-vivo-Monitoring und fürdie Bioprozesstechnik

– Bioimpedanzspektroskopie (in vitround in vivo)

– Biointerfaces (z. B. implantierbare,geregelte Wirkstofffreisetzungs-module)

– Sensorsysteme für die medizinischeIn-vivo-Diagnostik

– Sensorsysteme und Verfahren fürtoxikologische Untersuchungen imUmweltbereich

– Methodenentwicklung für die Detek-tion und das Monitoring von Nerven-giften (z. B. biologische und chemi-sche Kampfstoffe, Umwelttoxine,Lebensmittelgifte)

– Mikroarrays zur Charakterisierung,Manipulation (z. B. Gentransfer) undPositionierung von Einzelzellen

– Inline-Sensorik für die Lebensmittel-industrie und Bioprozesskontrolle

– Durchführung von theoretischen undexperimentellen Studien auf denoben genannten Gebieten

Ansprechpartner

Dr. Hagen ThieleckeTelefon: +49 (0) 6894/[email protected]

Zell-basierte Sensorik & Biomonitoring




Angewandte Forschung und Entwick-lung:– Zellkultur- und Zellaggregationsmo-

delle für Medizintechnik und Pharmaka-Untersuchung

– Kultivierung neuronaler Zellen, Zelllinien und Primärzellkulturen (z.B.Neuroblastoma, Retina-, retinale Pigmentepithelzellen, Oligodendro-gliazellen) u.a. auf mikrostrukturier-ten Materialien

– dreidimensionale, organotypischeZellkulturtechnik unter Rotationsbe-dingungen (Tumor-, Retinosphäroide(In-vitro-Retina), 3-D-Herzmuskel-zellsphäroide)

– Gentechnologie und Biotechnologie(Gentherapie, Fermentation, Bioreak-toren)

– Gentransferstudien und Mikromani-pulation

– experimentelle Zytogenetik, funk-tionelles Biomonitoring

– Immunhistochemie und In-situ-Hybri-disierung, Fluoreszenzmikroskopie

– Protein- und Nukleinsäureanalytik

Toxizitätsprüfungen in vitro (Medizin-produkteprüfung nach EN 30993/ ISO 10993):– Biomaterialforschung (z.B. Heat

Shock Protein-, Cytokin-, Metallopro-teinase-Expression, Gewebeinhibi-toren)

– Biokompatibilitätsprüfungen (z.B.Zytotoxizitätstests, Genotoxizitäts-tests)

– Produktion rekombinanter Wachs-tumsfaktoren (Neurotropher Fakto-ren) und Enzyme; Fixierung der Proteine bzw. Enzyme auf implantier-bare Biomatrizes, Bestimmung vonStoffwechselmetaboliten

– quantitative morphometrische Bild-analyse

– Literatur- und Patentrecherchen, Bio-materialien und Tissue Engineering

Technologie-Schulung:– Anforderungen an biologische

Sicherheitsprüfungen für Medizin-produkte in Europa, USA, Kanada,Japan

– Schulungen in Zellkulturtechniken– Machbarkeitsstudien im Gesund-

heitswesen– wissenschaftlich-technische Informa-

tionsvermittlung

Ansprechpartner

Priv.-Doz. Dr. Hagen von BriesenTelefon: +49 (0) 6894/[email protected]

Molekulares Zell- & Tissue-Engineering



Situation

Eine Vielzahl medizinischer wie bio-technologischer Manipulationen würdeman gern ohne Verletzung von Zellenund Geweben ausführen. Beispielesind das Einstechen von Mikroelektro-den in Gewebe oder auch die Entnah-me von Zellen und Zellgruppen ausGeweben oder gewebeähnlichenSchichten für diagnostische oder bio-technologische Zwecke. Ein Problemstellt auch die gezielte Entnahme ein-zelner Zellen oder Zellgruppen aus In-vitro-Oberflächenkultur dar. Diesgelingt bisher nur in Begleitung mecha-nischen oder biochemischen Stressesund bei hoher Verlustrate an Zellen.Von besonderer Bedeutung ist dies beiStammzellkulturen, da diese Zellenwertvoll und sehr empfindlich aufOberflächenberührungen reagieren.

Zur Erzeugung von stabilen Stammzell-klonen müssen sie einzeln von Ober-flächen abgelöst werden. Trypsiniertman die Zellen, was üblich ist, so stelltdies einen dramatischen biochemi-schen Eingriff mit der Folge dar, dassdie Adhäsionsproteine zerstört underneut exprimiert werden müssen undnur unter größtem Aufwand selektiveine bestimmte Zelle aus einem Zellra-sen entnommen werden kann. Mecha-nisches Abschaben der Zellen ist eben-falls gängige Praxis, jedoch mit einemhohen Schädigungsrisiko verbunden.Im Zusammenhang mit Stammzellkul-turen wird die stressfreie Entnahmevon adhärierten Zellen weiter anBedeutung gewinnen, und auch dasTissue Engineering benötigt als Aus-gangspunkt die Gruppierung frei wähl-barer Zellen, die in der Regel ausadhärenten In-vitro-Zellkulturen stam-men. Auch der umgekehrte Weg, dasverletzungsfreie Einbringen von Zellenin Gewebe und gewebeähnlicheSchichten ist weitgehend ungelöst undgewinnt mehr und mehr an Bedeutungim Zusammenhang mit den autologenZelltherapien der Medizin und dergezielten Differenzierung von Stamm-zellen durch die Festlegung von Zell-nachbarschaften.

Aufgabe

Aus Untersuchungen zur Darstellungder Zell-Adhäsionsdynamik auf Ober-flächen ist bekannt, dass viele Zellty-pen ihre Adhäsionplaques auf Ober-flächen fortlaufend lösen und erneu-ern sowie in der Lage sind, sich aktiv,zytoskelettgesteuert auf Oberflächenzu bewegen. Aufgabe war es, experi-mentell zu prüfen, ob sich Zellen undZellverbände verletzungsfrei manipulie-ren lassen, wenn die Geschwindigkeitdes Manipulationswerkzeuges an dieBewegungsgeschwindigkeit der Zellensowie an die Zeiten, in denen sich zel-luläre Adhäsionsverbindungen lösenund neu bilden, angepasst ist. Einzelne

Zell-basierte Sensorik & Biomonitoring

Highlight: »Creep Manipulation« von Zellen – Zellmanipulation mit Hilfe ultralangsamer, an die Zelldynamik angepasster Instrumentbewegung

Abbildung 1: Experimenteller Aufbau zur Demonstration der schonenden Zellmanipulation mit Hilfe ultralangsamerInstrumentbewegungen. a) Fotografische Abbildung ohne Kulturkammer, b) Benutzerschnittstelle der entwickelten Software zur Steuerungkommerzieller Mikromanipulatoren. Mit Hilfe der Software lassen sich die Bewegungsabläufe von Mikromanipulato-ren programmieren und ultralangsame Instrumentenbewegungen realisieren, c) Vereinfachte schematische Darstel-lung des experimentellen Aufbaus.



Zellen bilden und lösen ihre Adhäsions-plaques innerhalb eines Zeitbereichsvon Minuten bis zu Stunden und zei-gen Migrationsgeschwindigkeiten voneinigen bis zu Einhundert µm/h. Da-raus ergaben sich die zu realisierendenGeschwindigkeiten für das Manipulati-onswerkzeug von einigen µm/h beiVortriebsschrittweiten im Nanometer-bereich. Im Einzelnen waren die fol-genden Teilaufgaben zu lösen: Zuerstmusste untersucht werden, ob sichderart extrem langsame Manipulati-onsgeschwindigkeiten (<5 nm/s) reproduzierbar technisch realisierenlassen. Als nächstes war die Umset-zung eines experimentellen Aufbauserforderlich, mit dem Zellen unter Kul-turbedingungen mit extrem langsambewegten Werkzeugen manipuliertwerden können. Darüber hinaus muss-te der experimentelle Aufbau eineexzellente mikroskopische Beobacht-barkeit der Zellen zur Validierung derExperimente gewährleisten. In Schlüs-selexperimenten zur biotechnologi-schen Anwendbarkeit sollte demon-striert werden, dass durch das Verwen-den von extrem langsamen, an dieDynamik der Zellen angepassten Mani-pulationsgeschwindigkeiten Werkzeu-ge in Zellverbände eindringen können,ohne die Zellen zu verletzen, und sichZellen verletzungsfrei aus Oberflächen-kulturen entnehmen lassen.

Lösung

Um kommerziell verfügbare Mikroma-nipulatoren für die erforderlichen ultra-langsamen Bewegungen zu nutzen,wurde eine Steuersoftware mit Benut-zerschnittstelle erstellt. Der realisierte experimentelle Aufbau(siehe Abbildung 1) erfüllte die folgen-den Erfordernisse:

– Sterilisierbarkeit der Arbeitskammer,– Kultivierbarkeit höherer tierischer

und humaner Zellen,– exzellente mikroskopische Beobacht-

barkeit,– Kombination der In-vitro-Kulturplatt-

form mit einem Mikromanipulator,– kontinuierliche Bilderfassung mikros-

kopischer Vorgänge mit hoher opti-scher Auflösung und Bildqualität,

– programmierbarer Mikromanipulatorzur Realisierung von langsamenInstrumentenbewegungen.

Mit Hilfe des realisierten experimentel-len Aufbaus wurden Glasspitzensowohl mit üblichen Manipulationsge-schwindigkeiten (einige µm/s) als auchmit 500- bis 1000-mal langsamerenBewegungsgeschwindigkeiten durcheine Zellmonolayer (siehe Abbildung 2)und 3-D-Zellverbände geführt. Bei nor-

Abbildung 2: Vergleich der Wirkung eines langsam und eines schnell bewegten Glaswerkzeugs durch den Zellraseneiner In-vitro-Kultur. Links: Bei einer Bewegungsgeschwindigkeit der Kapillare von 5 µm/s (laborübliche Manipulations-geschwindigkeit) wird der Zellmonolayer aufgerissen und einzelne Zellen des Berührungsbereichs werden zerstört.Rechts: Im Gegensatz dazu können die Zellen bei einer Instrumentbewegung von 8 nm/s aufgrund ihrer schnelleren,aktiven Eigenbewegung ausweichen, werden daher nicht zerstört und die Zellschicht ist nach dem Durchführen der Glasspitze geschlossen wie zuvor.



malen Manipulationsgeschwindigkei-ten wurden die Zellverbände aufgeris-sen, dagegen blieben bei den extremlangsamen Bewegungen die Zellver-bände intakt. Eine Zellschädigung warim Anschluss der ultralangsamenBewegung über Zellvitalitätstest (Fluoreszenzdoppelfärbung mit Propi-dium-Iodide und Fluorescein-Diacetat)nicht erkennbar.

Die Experimente belegen, dass Instru-mente mit Geschwindigkeiten ver-gleichbar der Eigenbewegung von Zellen in 2-D- und 3-D-Zellsystemenbewegt werden können, ohne Zellenund Zellverbände zu zerstören odermechanisch zu belasten. Damit eröffnetsich eine Vielzahl neuer Applikationen.Beispielhaft sei hier die stressarme Ent-nahme einer adhärenten Zelle oderZellgruppe aus einer Oberflächenkulturgenannt, was unter Verwendung einesoberflächenmodifizierten Glaswerk-zeugs ebenfalls bereits erfolgreichexperimentell demonstriert worden ist(siehe Abbildung 3). Dabei wurde dieEigenschaft der Zelle genutzt, aktiv aufOberflächen gerichtete Bewegungenauszuführen. Die selektive Entnahmeadhärent wachsender Zellen von Ober-flächen ist für das Klonen von Zellen inder Biotechnologie und Stammzellen-forschung von grundsätzlicher Bedeu-tung.

Projektdurchführung

Dipl.-Ing. ImpidjatiDr. Hagen Thielecke

Ansprechpartner

Dr. Hagen ThieleckeTelefon: +49 (0) 6894/980-162Fax: +49 (0) 6894/[email protected]

Abbildung 3: Entnahme einer adhärenten Zelle (Mausfibroblast L929) von einer Ober-fläche sowie das Wiederabsetzen der Zelle mit Hilfe eines ultralangsam bewegten Werk-zeugs. (a) Sequenz von Phasenkontrastbildern für den Vorgang. Der weiße Pfeil (t3)macht auf die Zytoskelettaktivität aufmerksam. Balken = 30 µm. (b1-4) Schematische Darstellung des Ablaufs. Die schematischen Darstellungen veranschaulichen die Phasenkontrastbilder auf der linken Seite als Seitenansicht.



Biohybride Systeme

– Zellkulturlaboratorien (Gentechnik-Sicherheitsklasse S1 (Ausstattung fürS2-Zulassung); L2) mit Schleusenbe-reich und separierten Medien-/Auto-klavenräume für (a) prokaryotischeZellen und (b) eukaryotische Zellen(jeweils 2 Laminar-Flow-Sterilarbeits-bänke der Klasse 2)

– Genlaboratorien (Gentechnik-Sicher-heitsklasse S1 (Ausstattung für S2-Zulassung) mit 3 Laminar-Flow-Steril-arbeitsbänken der Klasse 1 und 2)

– Durchlicht- und Auflichtmikroskopemit Phasen- und Differenzialinterfe-renzkontrast und Fluoreszenzeinrich-tung

– Bildverarbeitungssystem inkl. 3-D-Videokamera

– Spektralphotometer für Mikrotiter-platten

– SNOM (optisches Nahfeldmikroskop)– Axiphot-Fluoreszenzmikroskop mit

Foto- & Digitalkameravorrichtung– Bildverarbeitungssysteme inkl. 3-D-

Videokamera– Spektralphotometer für Mikrotiter-

platten– UV/VIS-Spektralphotometer

– automatisches Partikelmessgerät zurBestimmung der Zellkonzentrationund Zelldurchmesser (Multisizer II)

– Gefriermikrotom– molekularbiologische Ausstattung

(PCR-, Elektrophorese-Equipment,etc.)

– Bioelektroniklabor (Gentechnik-Sicherheitsstufe S1)

– Impedanzmessplatz (elektrochemi-scher Messplatz) mit Solatron SI1260, SI 1281, SI 1287, SI 1294

– elektrophysiologischer Messplatz mitDatenerfassungssystem

– Grass-Stimulator– BX 50 WI-Forschungsmikroskop

Ausstattung



Miniaturisierte, implantierbare Elektroden – Siebelektrode vom Ischiasnerv durchsprosst.

Medizintechnik & Neuroprothetik


– Neuroprothetik– Neuromonitoring

Highlight: Mikroelektroden, technische Schnittstelle an Nerven als Mensch-Maschine-Schnittstelle am Beispiel Prothesensteuerung

Ausstattung



Neuroprothesen werden zunehmendzur Überbrückung von Läsionen imperipheren Nervensystem eingesetzt.Wichtigste Voraussetzung hierfür isteine unmittelbare Verbindung zumNerven. Diese wird mit einer implan-tierbaren Mikroelektrode hergestellt,die sowohl zur Ableitung bioelektri-scher Potenziale als auch zur Stimulati-on des Nerven dienen kann.

Die Kernkompetenz der ArbeitsgruppeNeuroprothetik ist die Entwicklung undFertigung derartiger implantierbarerMikroelektroden. Dabei werden ent-sprechend der Anwendung verschiede-ne Bauformen realisiert, so z.B. dieCuff-Elektrode, die einen Nervenumschließt, die Sieb-Elektrode, die eineVerbindung zu regenerierenden Ner-venfasern ermöglicht oder die Schaft-Elektrode, die einen mehrkanaligenKontakt innerhalb eines Nerven mitverschiedenen Nervenfasern herstellt.Im Rahmen der Entwicklung eines Retinaimplantates wurde eine spezielleElektrode mit einem 24-kanaligen Array zur Stimulation der Netzhaut (s. Abbildung) gefertigt. Darüber hin-aus sind modulare implantierbareSysteme zur Aufzeichnung von Biosig-nalen und zur Stimulation beispielswei-se im Rahmen der Steuerung vonHandbewegungen Gegenstand von

Entwicklungsarbeiten. Damit verbun-den sind Fragen der Biokompatibilitätund der telemetrischen Anbindung derImplantate. Die angedachte Zielrich-tung zukünftiger Entwicklungen gehtangesichts der 250 000 in Europalebenden Personen mit Querschnitts-lähmung eher in den spinalen und kortikalen Bereich.

Die Gründung der Abteilung für Medi-zintechnik und Neuroprothetik mit derzweiten Arbeitsgruppe Neuromonito-ring im April diesen Jahres hat zumZiel, eine zweite Fokussierung auf dieGerätetechnik und Methodik der mess-technischen Erfassung von bioelektri-schen Potenzialen zu erreichen unddamit das bisherige Forschungsgebietzu erweitern. Einbezogen werden auchVitalparameter, die durch neuronaleStrukturen beeinflussbar sind. Damitergeben sich als zukünftige AufgabenFragestellungen im Bereich der Senso-rik, Signalverarbeitung, Datenübertra-gung und Signalanalyse. Ein weitererAnsatz liegt bei Einbeziehung geeigne-ter Stimulatoren im Aufbau von Cloosed-loop-Systemen.

AnsprechpartnerProf. Dr. Klaus-Peter HoffmannTelefon: +49 (0) 6894/[email protected]



– Ableitung von Nerven- und Muskel-signalen

– Untersuchung von Implantatmateria-lien unter physiologischen Bedingun-gen und beschleunigter Alterung

– Entwicklung von Biotelemetrie zurAnsteuerung von Implantaten

– Entwicklung von Stimulations-mustern zur Blasenstimulation

– Entwicklung von Ableitsystemen zurUntersuchung der Darmmotilität

– Untersuchungen zur Charakterisie-rung von Mikroelektroden

– Design von Manschettenelektroden(Cuff-Elektroden)

– Design von Epimysialelektroden– Entwicklung von externen Elektro-

stimulatoren– Untersuchungen zur funktionellen

Elektrostimulation am peripherenNerven

– Parametrisierung von Stimulations-und Ableitsystemen für Greif-Prothesen

– Entwicklung von implantierbaren Stimulatoren

– Implantattechnologie für unter-schiedliche Anwendungsbereiche

– Kapselungsmethoden für Mikro-implantate

– Untersuchungsmethoden für Kapselungsmaterialien

– Maskendesign für 2-D- und 3-D-Mikroelektroden

– Fertigung von Mikroelektroden– Fertigung von Mikroimplantaten mit

integrierter Elektronik– Neuromodulation zur selektiven

Nervenstimulation

– Entwicklung von Neuroprothesen– Kapselung mit Parylen– Mikrosysteme auf Polyimidbasis– Retina-Stimulatoren– Design von Siebelektroden mit

Führungssystem– Fertigen von Silikonimplantaten für

die Neuroprothetik– Entwicklung von Elektroden für

Stand-Gang-Prothesen– Mikroelektroden mit

SU-8 Strukturierung – Untersuchungen zu neuen organi-

schen Elektrodenmaterialien– Vorbereitung und Betreuung

klinischer Studien– Technische Assistenz bei Implantation

und Versuchen

Ansprechpartner NeuroprothetikDr. Klaus-Peter Koch Telefon: +49 (0) 6894/[email protected]

Neuroprothetik & Neuromonitoring




Situation

Die Schnittstelle zwischen Mensch undMaschine fasziniert die Wissenschaftschon seit langem. Klinische Anwen-dungen einer solchen Schnittstelleergeben sich z.B. nach Amputations-verletzungen der oberen Extremitäten.Zurzeit stehen Patienten verschiedeneProthesen für künstliche Arme undHände zur Verfügung. Die am weites-ten entwickelten Systeme benutzen dieelektrischen Signale der Beuger- undStreckermuskulatur im Amputations-stumpf, um eine technische Hand elek-trisch zu öffnen und zu schließen. Siebieten dem Patienten mit dem Dreifin-gergriff eine Möglichkeit, Gegenständezu fassen und zu halten. Bislang sindProthesen mit weitergehenden Griffar-ten, wie Präzisions- oder Schlüsselgriff,erst im experimentellen Stadium. EineRückkopplung von Griffkraft oder Temperaturempfindungen kann dem Patienten ohne eine geeignete Schnitt-stelle nicht zur Verfügung gestellt werden. Auch weitere Implantate wieHarnblasenschrittmacher und Atem-schrittmacher oder die Gehirn-Compu-ter-Kommunikation für Patienten mitLocked-in-Syndrom benötigen techni-sche Schnittstellen zum Nervensystem.

Projektbeschreibung

Die Projektpartner im Konsortium desEU-Projektes CYBERHAND bringeninnovative Technologien aus verschie-denen Gebieten ein, um eine neuartigeHandprothese zu entwickeln, die dieNachteile der heute verfügbaren Pro-dukte überwindet. Diese kybernetischeHandprothese soll vom Patientenanstelle der verlorenen Gliedmaßeangenommen werden, indem sie einesensorische Rückkopplung, z.B. überGriffkraft in die afferenten (aufsteigen-den) Nervenfasern des Amputations-stumpfes bietet. Sie soll in einer natür-lichen Weise die Signale der motori-schen Nervenfasern benutzen, um dieHandprothese, quasi durch Denken, zusteuern. Die Handprothese soll leicht

sein und die Patienten nicht belasten,gleichzeitig eine Funktionalität bieten,die diejenige der heutigen Prothesenbei weitem übertrifft, auch wenn dienatürliche Funktionalität der mensch-lichen Hand bislang technisch nichtnachzuahmen ist. BiomedizinischeMikrosysteme in Siebform, Manschet-tenform oder hochkanalige Nadelelek-troden sollen als Neuroprothesen dieSchnittstelle zu den Nervenstümpfenherstellen.

Aufgabe

Im Rahmen des EU-Projektes CYBER-HAND ist das Fraunhofer IBMT verant-wortlich für den Entwurf und die Ent-wicklung von Mikrosonden als techni-sches, bidirektionales Interface zu peri-pheren Nerven, um in einer Neuropro-these nach Amputationsverletzungeine künstliche Gliedmaße steuern zukönnen. Nervenimpulse, die ihrenUrsprung im motorischen Kortexhaben, steuern die Greiffunktion einerkünstlichen Handprothese. TechnischeSensoren in dieser Prothese liefernInformationen über die Stellung derHand aber auch über die Griffkraft unddas eventuelle Rutschen von Objekten.

Diese Information wird, nachdem siefür das menschliche Nervensystem»übersetzt« worden ist, ebenfalls überdiese Elektrode eingebracht. Als Ergeb-nis sollen die Patienten mit ihrer Pro-these das Fühlen wieder erlernen. Wei-terhin erhofft man sich eine Reduktionder Phantomschmerzen durch einefrühzeitige Bereitstellung von Signalenan die entsprechenden sensorischenGroßhirnareale über die Siebelektro-den im Nervenstumpf.

Grundlegende Erkenntnisse, über dieMöglichkeit, Innervationsmuster moto-rischer Nervenfasern zur Ansteuerungvon Prothesen einzusetzen, liegen nurbeschränkt vor. Aus diesem Grundewerden Elektroden benötigt, die sichdurch eine hohe Kanalzahl und durcheine hohe Selektivität auszeichnen. Indie Elektrode integrierte Elektronikermöglicht die Miniaturisierung desImplantats, um die Belastung des Patienten so gering wie möglich zuhalten.

Lösung

Siebelektroden mit 19, 27 und 54 Elek-troden wurden auf Basis von Polyimidmit mikrotechnischen Methoden her-gestellt und bei Partnern in tierexperi-mentellen Studien implantiert. DieseElektroden konnten mit einer miniatu-

Neuroprothetik

Highlight: Mikroelektroden, technische Schnittstelle an Nerven alsMensch-Maschine-Schnittstelle am Beispiel Prothesensteuerung

Abbildung 1: Schemazeichnung einer kybernetischen Handprothese (Quelle: Cyberhand, SSSA-ARTS & MITECH LABS,Prof. Paolo Dario und Mitarbeiter, Pisa, Italien).Das CYBERHAND-System besteht aus den folgenden Komponenten: Siebelektroden zur Kontaktierung afferenter undefferenter Nerven; einem implantierbaren System zur Neurostimulation (um dem Patienten sensorische Rückkopplungzu geben) und zur Ableitung (um den Patientenwillen zum Greifen zu detektieren); einer Telemetrieeinheit zur Über-tragung afferenter und efferenter Signale; einer biologisch inspirierten mechatronischen Hand mit biomimetischenSignalen; einer externen Einheit zur Detektion des Patientenwillens und zur Prothesensteuerung; einem System zurErzeugung einer kognitiven Rückkopplung für den Patienten.



riserten Elektronik versehen werden,wodurch sich die Ansteuerung derNervenschnittstelle mit nur einer gerin-gen Anzahl von Zuleitungen realisierenlässt. Um die mechanische Biokompati-bilität des Elektrodensystems nichtdurch die Elektronik zu verschlechtern,wurde eine Methode zur flexiblen Kap-selung von aktiven Komponenten ent-wickelt und getestet.

Projektförderung

European Community, IST-2001-35094(CYBERHAND)

Zahlen/Technische Daten

Substrat- und Isolationsmaterial derSonde: PolyimidZuleitungen: GoldElektrodenmetallisierung: Platin, IridiumAnzahl der Elektroden: 27 bzw 54ringförmige Elektroden auf dem Sieb,Gegenelektroden Dicke der Sonde: 10 µmKapselung Parylen C

Ansprechpartner

Dr.-Ing. Klaus-Peter KochTel.: +49 (0) 6894/[email protected]

MS Anup RamachandranTel.: +49 (0) 6894/[email protected]

Abbildung 2: Manschetten-Elektrode aus Polyimid mit Verstärkung aus Silikon. Bauform mit 18 integrierten Elektroden. Anwendungsszenario: Schnittstelle zu peripheren Nerven ohne Traumatisierung des Nerven.

Abbildung 3: Detailaufnahme einer Siebelektrode mit integrierter Elektronik.



Projektkonsortium

CYBERHAND (Development of aCybernetic HAND Prosthesis)

Scuola Superiore Sant’Anna (SSSA),ARTS & MiTech Labs, Prof. Paolo Dario(Koordinator), Pisa, Italien

Inail RTD Center (CP-RPR), Prof. MariaChiara Carozza, Viareggio, Italien

Centro Nacional de Microelectrónica(CSIC-CNM), Dr. M. Teresa Oses, Bella-terra, Spanien

Fraunhofer-Institut für BiomedizinischeTechnik (FhG-IBMT), ArbeitsgruppeNeuroprothetik, Priv.-Doz. Dr.-Ing. Tho-mas Stieglitz, Dr.-Ing. Klaus PeterKoch, St. Ingbert/Saar, Deutschland

Universitat Autonoma Barcelona(UAB), Prof. Xavier Navarro, Bellaterra,Spanien

Center for Sensory-Motor Interaction(SMI), Aalborg University, Prof. Ron R.Riso, Aalborg, Dänemark

Medizintechnik & Neuroprothetik

– Entwurfswerkzeuge zur Entwicklungvon flexiblen Substraten mit integ-rierten Elektroden für Neuroimplan-tate (CAD: LASI, elektromechanischeSimulation: FlexPDE)

– Zugriff auf Reinraum zur Fertigungund Assemblierung von Neuroim-plantaten mit minimaler Struktur-größe von ca. 5 Mikrometern (Litho-graphie, Metallabscheidung, reakti-ves Ionenätzen, Polyimidofen, Pary-lene C-Abscheidung, Bonder)

– Labor zur Assemblierung (Kleben,Löten, Schweißen) und Kapselung(Parylene, Silikon) von Elektroden,Kabeln und Implantaten; Herstellungvon Gussformen

– PC-gesteuerter Messplatz zur Charakterisierung von Elektroden:Impedanz, transiente Strompulse,zyklische Voltammetrie (HP 3245 A,HP 3458 A, EG&G 5302); Scannerzur Messung der elektrischen Poten-zialverteilung in physiologischenMedien; Stabilität unter mechani-scher Belastung

– PC-gesteuerter Messplatz zur Unter-suchung von Feldverteilungen beiMikroelektroden

– PC-gesteuerter Messplatz für elek-trische Impedanzspektroskopie(Solartron 1255B/1287)

– PC-gesteuerter Messplatz zur Vermessung von organischen Halb-leitern

– PC-gesteuerter Messplatz zur Charakterisierung von Isolations-schichten über die Aufnahme vonLeckströmen bis in den Sub-Picoam-pere-Bereich in physiologischenMedien unter Umgebungstempera-tur und beschleunigter Alterung(Keithley 617 E Elektrometer)

– Entwurfswerkzeuge zur Entwicklungvon analogen und digitalen Schaltun-gen und Systemen für die physiologi-sche Messtechnik und Elektrostimu-lation sowie für Testumgebungen zurCharakterisierung von miniaturisier-ten (Neuro-)Implantaten (OrCAD,Visual C++, LabWindows/CVI, Logik-analysator Philips PM 3585, Emula-torsysteme für 80C31, PIC- und8051-Familie, PIC- und EPROM-Pro-grammer, Digital-Oszilloskop HP54504-400 MHz)

– PC-gesteuerter Messplatz zur Unter-suchung von Rauschgrößen an elek-tronischen Schaltungen und Syste-men sowie an Elektroden in physiolo-gischen Medien (FFT Servo AnalyzerAdvantest R 924 C, Spectrum Analy-zer Advantest R 3361 C, MultimeterKeithley 199, Funktionsgeneratoren)

– Messaufbauten zur nichtinvasivenMessung der Griffkraft und vonMomenten an der unteren Extremität

– Multikanal-Stimulator mit willkürli-chen Pulsformen (strom-/spannungs-konstant) zur Elektrostimulation undMehrkanal-Ableitsystem für elektro-physiologische Fragestellungen

– Pneumatischer Stimulator zur Unter-suchung von sensorischen Nerven-signalen

Ausstattung




– Biosensorik– Nanobiotechnologie– Mikroarray & Biochip-Technologie

Highlight: Transkription auf dem Chip – Neue Wege der Integration vonBiotechnologie und Mikrosystemtechnik

Ausstattung

Spotten - das punktgenaue Setzen winziger Tropfen - ist der zentrale Prozess der Biochip-Herstellung.Verschiedene biomolekulare Sonden werden auf dem Glasträger verankert und bilden damit »Messfühler« für die Multiparameter-Analyse. Zahlreiche Arbeitsschritte sind erforderlich, um diesenProzess in den Workflow der Herstellung von Diagnostika zu integrieren.

Medizinische Biotechnologie (AMBT)Molekulare Bioanalytik & Bioelektronik



Auf dem Weg zu einer besseren Diag-nostik spielen neue Technologien einezentrale Rolle. Eines der innovativstenMotive lautet: Molekulare Diagnostikfür die individualisierte Therapie. Dabeikönnen signifikante molekulare Merk-male vom Genotypus sowohl des Patienten als auch beispielsweise einesKrankheitserregers ermittelt werden.Neben einer effektiveren und schonen-deren Behandlung für den Patientenwerden eine ganze Gruppe modernerTherapieansätze erst ermöglicht. Dochnoch sind einige Bausteine zur Realisie-rung dieses Anspruchs erforderlich, die entwickelt und umgesetzt werdenmüssen. Einer dieser Bausteine ist dieProduktion von Mikroarrays bzw. Bio-chips. Im Verbund BioHyTec – Biohybri-de Technologien hat das IBMT die Auf-gabe übernommen ein Biochip-Kom-petenzzentrum zu bilden und diesesinteressierten Firmen und Einrichtun-gen zur Entwicklung ihrer Produktionanzubieten. Durch die Kombinationund Zusammenarbeit verschiedenerSpotting-Roboter, die sich in Aufbauund Druckverfahren unterscheiden,wird die notwendige hohe Flexibilitäterreicht. Neben der eigentlichenGerätehardware stellt die steuerndeSoftware über ihre Benutzerschnittstel-le den Schlüssel für ein flexibles Systemdar. Bestehende Anlagen werden um

Produktionsmerkmale und Möglich-keiten zum Qualitätsmanagementergänzt. Die Arbeiten sind projekt-übergeordnet und werden auf sehrunterschiedliche Mikroarrays angewen-det. Die Abteilung Molekulare Bioana-lytik & Bioelektronik spottet bereits inhoher Qualität nicht nur auf Standard-Objektträger, sondern auch direkt aufdem Siliziumwafer, in Mikrotiterplattenund auf vom Kunden speziell erzeugteTräger. Die zu spottenden Substanzenumfassen ebenfalls die volle biologi-sche Breite, wie DNA-Oligomere, PCR-Produkte, Peptide, Antikörper undandere Proteine.

Im Bereich der Software sind derzeiteinzelne Bausteine des Gesamtsystemsin der Erprobung, wie direkte Geräte-ansteuerungen, geräteübergreifendeKombination von Anlagen, Produk-tions- und Qualitätskontrolle und dasArray-Design. Komplementiert werdendie Entwicklungsarbeiten mit ange-passter Detektionstechnik und Auswer-tung, die unter Berücksichtigung derProduktionsparameter in die Qualitäts-kontrolle einfließt.

Förderung erfolgt durch das BMBF imRahmen der InnoRegio-Initiative »Biohybride Technologien« (www.biohytec.de), sowie »Innova-tions-/Gründerlabore« und durch dasLand Brandenburg.

AnsprechpartnerProf. Dr. Frank F. BierTelefon: +49 (0) 33200/[email protected]



Angewandte Forschung & Entwicklung:– Entwicklung von integrierten Bio-

sensor-Lösungen (Mikrofluidik,Detektion und Auswertesoftware)

– Entwicklung von Vor-Ort-Analyse-systemen zur kostengünstigen Diag-nose und Therapiekontrolle bzw.Umweltüberwachung (z.B. Point-of-Care-Analysen für die medizinischeSofortdiagnostik, Beprobung konta-minierter Böden und systematischesProduktmonitoring während der Produktion)

– chemische/biochemische Kopplungvon biologischen Funktionsmole-külen an anorganische Oberflächen

– optische Transducer mit evaneszent-feld- und fluoreszenzbasierten Sensoren

– Nukleinsäure- und Biosensorik– faseroptischer Sensor für Telomerase-

aktivität (Cancerogenitätstests)– Hormonbestimmung in Blutproben– Detektion von Sprengstoffderivaten

Service:– biomolekulare Wechselwirkungs-

analyse und Modellierung (Affinitäts-analyse)

– Assayentwicklung

AnsprechpartnerDr. Nenad Gajovic-EichelmannTelefon: +49 (0) 33200/[email protected]

Biosensorik




Angewandte Forschung & Entwicklung:– chemische/biochemische Kopplung

von biologischen Funktionsmole-külen an anorganische Oberflächen

– laterale Strukturierung von Immobili-saten (BioChip-Design)

– DNA-Chip-Entwicklung– Antikörper-Mikroarrays– Entwicklung von Fertigungstechniken

für die Biochip-Herstellung– SNP-Analyse mit dynamischem

Mikroarray– Enzymaktivität an immobilisierten

Substraten– chemische Arrays– Softwareentwicklung– Bioinformatik/Datenbanken

Service:– Fertigung von Test- und Kleinserien– Anfertigung von Gutachten und

Studien

Technologie-Schulung:– Workshop Biochip-Technologie– Workshop Bioinformatik

AnsprechpartnerinDr. Eva Ehrentreich-FörsterTelefon: +49 (0) 33200/[email protected]

Mikroarray & Biochip-Technologie

Angewandte Forschung & Entwicklung:– hochaufgelöste, laterale Strukturie-

rung von Immobilisaten (»Nanostrukturen«)

– Etablierung der Nanotechnologie mitBiomolekülen, Einzelmolekül-verankerung

– PCR auf dem Chip– DNA-Protein-Wechselwirkungs-

analyse– DNA-Computing– Oberflächenanalytik (Rastersonden-

mikroskopie, AFM, SNOM, MFM)

Technologie-Schulung:– Workshop für Rastersonden-

mikroskopie

AnsprechpartnerDr. Markus von Nickisch-Rosenegk Telefon: +49 (0) 33200/[email protected]

Nanobiotechnologie



Situation

Entsprechend dem »Molekularbiologi-schen Dogma« wird aus dem Informa-tionsspeicher der lebenden Zelle, derDesoxyribonucleinsäure (desoxyribo-nuclein acid, DNA), über die Trans-kription eine Boten-Ribonucleinsäure(messenger ribonucleic acid, mRNA)und daraus in den sogenannten Ribo-somen die Proteine hergestellt (Transla-tion). Diese Prozessfolge findet in derlebenden Zelle statt und lässt sich auchin vitro, d.h. im Reagenzglas, durch-führen. Die Kopplung dieser Prozessean eine Oberfläche birgt das Potenzial,diese Verfahren besser steuern und ingroßer Dichte analysieren zu können,wie es die Proteomforschung verlangt.

Aufgabe

Bisher konnte gezeigt werden, dassnicht nur Bindungsexperimente, wiedie Hybridisierung komplementärerDNA an immobilisierten Oligomerendurchgeführt werden können, sondernauch Polymerasen, wie z.B. Telomera-sen, aktiv daran arbeiten.Jetzt sollte eine weitere Stufe der Kom-plexität erklommen werden: Die kom-plette Transkription eines Gens soll aufeiner Chip-Oberfläche stattfinden.

Realisierung

Ein geeignetes Gen zur Demonstrationder Methode ist das »Green Fluores-cence Protein« (GFP), ein fluoreszieren-des Protein aus Tiefsee-Quallen, dasein etabliertes Reportersystem für dieExpression klonierter Proteine darstelltund kommerziell beispielsweise als»enhanced Green Fluorescence Pro-tein« (eGFP) u. a. in Bakterienplasmi-den erhältlich ist. Eine Transkriptiondieses Gens würde später auch eineleichte Kontrolle einer Translationerlauben, da die erfolgreiche Synthesedes Proteins über seine Fluoreszenzdetektierbar ist. Es musste ein geeigne-tes DNA-Molekül erzeugt werden, dasdie In-vitro-Chip-Transkription des

Nanobiotechnologie

Highlight: Transkription auf dem Chip – Neue Wege der Integrationvon Biotechnologie und Mikrosystemtechnik



eGFP-Gens zulässt. Mit Hilfe der Poly-merasekettenreaktion (PCR) wurdendie Ausgangsmoleküle (Templates) fürdie Chip-Transkription, die als Matritzefür die RNA-erzeugende Polymerasedienen, aus dem kommerziellen eGFP-Vektor (s. o.) konstruiert. Die PCRerlaubt es, während der Amplifikationdes Syntheseproduktes (via Primer-design), Modifikationen in der DNA-Sequenz des zu transkribierendenGens einzufügen. Diese Modifikatio-nen sind kurze DNA-Abschnitte, u. a.Erkennungssequenzen für die Polyme-rase (T7-Promotor), welche die Trans-kription an einem Gen ermöglichenund auslösen bzw. beenden (T7-Termi-nator). Zudem wurden noch weitereSignalsequenzen für eine spätereTranslation (RBS, ribosome bindingsite) eingefügt, die natürlich bereits aufRNA-Ebene vorhanden sein müssen.Ebenfalls wurde durch die PCR einesder beiden 5'-Enden unseres DNA-Syntheseproduktes mit Abstandshalter(Spacer) zur Oberfläche und mit einemPhosphat (P) versehen, das die Immobi-lisierung auf der Chipoberfläche ver-mittelt. Das fertige Gen für die Chip-Transkription umfasst ca. 980 Basen-paare und ist in der Skizze (s. oben)dargestellt:

Ergebnisse

Auf die Oberfläche silanisierter Stan-dardchips des IBMT wurden Suspen-sionstropfen des eGFP-Templates ineinem Tropfenfeld-Array pipettiert unddie Moleküle mit Hilfe einer chemi-schen Standardmethode (EDC/Methyl-imidazol, kovalente Kopplung) immo-bilisiert (Abbildung a). Das Array wurdemit einem selbstklebenden Rahmenumgeben, in den das Reaktionsge-misch mit der transkriptionsvermitteln-den Polymerase pipettiert wurde(Abbildungen a und b). Anschließendwurde der Reaktionsraum mit einer aufdem Rahmen selbstklebenden Folieverschlossen und die Transkription ineinem Peltier-gesteuerten Inkubatordurchgeführt (Abbildung c).

Eine Kontrolle des Erfolges der Reak-tion wurde mit dem Enzym »ReverseTranskriptase« durchgeführt, welchedie vorhandenen RNA-Moleküle inDNA kopiert (cDNA), mit der wiederumeine PCR durchgeführt werden kann(RT-PCR). Nur wenn tatsächlich RNAvorhanden war, lässt sich ein PCR-Pro-dukt amplifizieren, was sich in einerAgarosegelelektrophorese darstellenlässt (Abbildung d).

Abbildung d zeigt auch die Möglich-keit einer mehrfachen Transkription andenselben Templates in wiederholten,neuen Reaktionsansätzen. Dies eröff-net eine Reihe weiterer Möglichkeitenunter anderem im Hinblick auf die Synthese von cDNA-Banken, aber auchfür die in der Folge dieser Experimentedurchzuführenden In-vitro-On-Chip-Translation, für die bereits viel verspre-chende erste Ergebnisse vorliegen.Ferner war es bereits auch möglich


innerhalb eines Arrays, d. h. im glei-chen Reaktionsraum, zwei unterschied-liche Templates zu transkribieren(Duplex-Transkription). Als zweites Gendiente hier das humane Duffy-Gen, einBlutgruppenantigen aus der Mem-brane von Erythrozyten, das uns ausanderen Experimenten zur Verfügungsteht. Das Templatekonstrukt wurdeanalog zum oben aufgeführten eGFP-Template hergestellt.

Sowohl separate RT-PCRs aus demgemeinsamen Transkriptionsansatz(Abbildung e, Spur 3, 4), als auch eineMultiplex-PCR (Abbildung e, Spur 5)zeigten die entsprechenden Synthese-produkte in der Agarosegelelektro-phorese.

Die Arbeiten wurden im Rahmen desBioFuture Projektes 0311842 mitUnterstützung des BMBF durchgeführt.

Ansprechpartner

Dipl.-Biol. Jenny Steffen Dr. Markus von Nickisch-RosenegkInstitutsteil Medizinische BiotechnologieAbteilung Molekulare Bioanalytik &BioelektronikArthur-Scheunert-Allee 114-11614558 NuthetalTelefon: 033200/[email protected]




Biosensorik

– Bioaffinitäts-Analyse mit labelfreienDetektionstechniken

– Laborausstattung zum Arbeiten mitgentechnisch veränderten Organis-men (S1, Zellkultur, Hefe-Labor, PCR,Elektrophorese, Gel-Imager, Zentrifugen etc.)

– UV-vis-Spektralphotometer– Biolumineszenz– FT-IR-Spektrometer– Fluoreszenz-MTP-Reader– Fluoreszenz-Polarisation– elektrochemische Workstation

(Impedanz-Spektroskopie, Amperometrie etc.)

– optische Messtechnik (u.a. Leistungs-messung, Spektralanalyse)

Nanobiotechnologie

– Laser-Scanning-Mikroskop (LSM,350-633 nm)

– Fluoreszenz-Korrelations-Spektroskop(Zeiss »Confocor«, mit LSM gekoppelt)

– Rastersondenmikroskopie (AFM, SNOM)

– Laborausstattung zum Arbeiten mitgentechnisch veränderten Organis-men (S1, Zellkultur, Hefe-Labor, PCR,Elektrophorese, Gel-Imager, Zentri-fugen etc.)

Mikroarray & Biochip-Technologie

– Biochip-Arrayer zur Herstellung vonDNA- und Bio-Chips (verschiedeneArrayer verfügbar, Kontakt und Non-Kontakt)

– Biochip-Scanner: Applied Precision»Arrayworx«

– Eigenentwicklung »FLOW« zur simultanen kinetischen Messung im Durchfluss

– Laser-Scanning-Mikroskop (LSM, 350-633 nm)

– Rastersondenmikroskopie (AFM, SNOM)

– Plasma-Reinigung– Spin-Coating– Sputtern

Ausstattung


Medizinische Biotechnologie (AMBT)Zelluläre Biotechnologie & Biochips



– Lab-on-Chip-Technologie– Zell-Assay-Entwicklung– Extremophilenforschung

Highlight: Bioaktive Oberflächen und Zellassays

Ausstattung

Die optische Aufnahme mit polarisiertem Licht zeigt die Beladung eines 3-D-Speicherelements fürMikropartikel und biologische Zellen mit individuell adressierbaren Elektroden.



Zukünftig werden zellbasierte Diagno-se- und Therapieansätze Schlüsselrol-len in der Medizin einnehmen. Fort-schritte in diesen Feldern werdenjedoch erst zu erzielen sein, wennWerkzeuge und Technologien zu Ver-fügung stehen, die es erlauben, einzel-ne Zellen schonend und reproduzierbarzu manipulieren und zu charakterisie-ren. In der Abteilung Zelluläre Biotech-nologie & Biochips werden solcheWerkzeuge entwickelt. Dabei gehenwir davon aus, dass für die geplantenmedizinischen Anwendungen die Zell-zustände bzw. Differenzierungsmusterder Zellen definiert einstellbar seinmüssen. Dies lässt sich nur erreichen,wenn man den Austausch von Infor-mation zwischen einer Zelle und ihrerUmgebung kontrollieren kann. DieserAustausch kann sowohl durch bioche-mische wie auch mechanische Prozesseausgelöst werden. Unsere Lösungenberuhen auf zwei Ansätzen: Mit Hilfehochfrequenter elektromagnetischerFelder können einzelne Zellen mithoher Präzision und Stabilität in Lab-on-Chip-Systemen berührungslosgehandhabt werden. Durch einegeschickte Kombination von Mikro-elektroden und fluidischen Mikro-kanälen lassen sich in den Chips eineReihe von wichtigen Funktionselemen-ten integrieren: mikrometergenaue

Positionierung und Zusammenführungvon Zellen und Zellclustern für dieMikroskopie, Sortieren verschiedenerZellpopulationen, Zellseparation undZellaufbereitung bei kleinsten Probe-mengen. Beim zweiten Ansatz wirdversucht, die Anheftung von adhären-ten Zellen auf Oberflächen gezielt zusteuern. Derzeit wird durch Kombina-tion der beiden Ansätze eine Techno-logieplattform aufgebaut, mit der dieZellentwicklung über biochemisch undtopographisch definierte Oberflächen-architekturen präzise manipuliert wer-den kann.

Im Rahmen der Extremophilenfor-schung der Abteilung wird eine Bankvon Schneealgen aufgebaut, die alsQuelle von Biomolekülen (Enzyme,Farbstoffe) für biotechnologischeAnwendungen (z.B. Verfahrenstechnik)dient.

AnsprechpartnerDr. Claus DuschlTelefon: +49 (0) 30/[email protected]



– Design und Entwicklung chipbasier-ter modularer Mikrosysteme für diezelluläre und molekulare Analytik

– kundenspezifische Planung und Kon-struktion von chipbasierten Mikro-systemen für ein berührungsfreiesund schnelles Sortieren, Speichernund Transportieren von biologischenObjekten (Zellen, Bakterien undViren)

– Entwicklung von Mikrosystemen zurkontrollierten Positionierung, Transla-tion und Rotation einzelner, suspen-dierter Mikro- und Nanopartikel

– Kombination von optischen undelektrischen Fallen zur berührungs-freien Positionierung von zwei von-einander unabhängigen Mikro-partikeln in Lösung

– Design und Entwicklung modularaufgebauter Biochip-Baukästen zurZellanalytik, bestehend aus: Injek-toren, Sortier- und Filtereinheiten,Waschmodulen, Modulen zur Zell-beladung mit biologisch relevantenSubstanzen, Speicher- und Transport-modulen sowie hochempfindlicheDetektoren

– Durchführung von Auftragsmessun-gen: Teilchentransport in Mikrosys-temen, Akkumulation und Nachweisvon Mikro- und Nanopartikeln inkomplexen biologischen Lösungen,Untersuchungen chemischer Reaktio-nen in Mikroreaktoren

– Berechnung und Modellierung elek-trophoretischer und dielektrophoreti-scher Kräfte in beliebigen Mikrosys-temen (in Zusammenarbeit mit Evo-tec OAI und der Humboldt-Univer-sität zu Berlin)

– Untersuchung zur Wirkung hochfre-quenter elektrischer Felder (10 kHzbis 2 GHz) auf biologische Objekte

– Charakterisierung der Zelladhäsionauf Biomaterialien mit Hilfe hochauf-lösender Grenzflächenmikroskopie(Totalreflexions- und Interferenz-Reflektions-Mikroskopie)

– Untersuchungen zur Wechselwir-kung von Zellen mit Biomaterialienmittels ultrahochauflösender Raster-kraftmikroskopie

– Strukturierung von Oberflächen mittels Excimer-Laser-Ablation

AnsprechpartnerDr. Peter GeggierTelefon: +49 (0) 30/[email protected]

Lab-on-Chip-Technologie




– Charakterisierung der Zelladhäsionauf Biomaterialien mit Hilfe hochauf-lösender Grenzflächenmikroskopie(Totalreflexions- und Interferenz-Reflexions-Mikroskopie)

– Untersuchungen zur Wechselwir-kung von Zellen mit Biomaterialien

– Strukturierung von Oberflächen mittels Excimer-Laser-Ablation

– Erzeugung definierter Schichten ausKomponenten der extrazellulärenMatrix

– Erzeugung von Oberflächentopo-graphien im Nano- und Mikrometer-bereich

– Testung biologisch aktiver Ober-flächentopographien

– Erfolgskontrolle der Besiedelung vonOberflächen durch eukaryontischeZellen

– Testung der Zellvitalität auf definier-ten Oberflächen

– zeitaufgelöste Abbildung des Zell-verhaltens an Oberflächen

– Biokompatibilitätsstudien transparen-ter Materialien und von Beschich-tungen

AnsprechpartnerDr. Götz PilarczykTelefon: +49 (0) 30/[email protected]

– CCCryo: Kultursammlung kryophilerund mesophiler Schnee-, Eis- undBodenalgen aus polaren und alpinenRegionen der Erde (Schneealgen)

– Entwicklung von Kultursystemen zurMassenanzucht carotinoidproduzie-render Mikroalgen in Photobioreak-toranlagen

– Auftragsanzucht von Algenmaterialunter definierten und/oder differen-ziellen Bedingungen (UV-Strahlung,Licht, Temperatur, Nährstoffe)

– Lieferung von isolierter und gereinig-ter DNA und RNA für Downstream-Untersuchungen

– Versand von Algenstämmen (auf Anfrage)

– Forschung auf den Gebieten derExtremozyme (Proteom- und Trans-kriptanalysen) sowie der primärenund sekundären Pflanzenmetabolite(Gefrierschutzsubstanzen, mehrfachungesättigte Fettsäuren, Carotinoide,Astaxanthin)

– Grundlagenforschung zur Systematikund Taxonomie kryophiler Süßwas-sermikroalgen

– physiologische Untersuchungen zurKryophilie (Einzelzellkryomikroskopieu.a.)

– phylogenetische Analysen anhandder 18S rDNA- und ITS-Gensequen-zen

– populationsgenetische Untersuchun-gen zur bipolaren Verbreitung kryo-philer Algen zur Unterstützung vonKlimamodellen

AnsprechpartnerDr. Thomas LeyaTelefon: +49 (0) 30/[email protected]

Zell-Assay-Entwicklung Extremophilenforschung



Situation

Die Haftung von Zellen auf Ober-flächen ist ein komplexer Vorgang, dervom Zelltypus und von der jeweiligenSituation abhängig ist. Dabei bildenZellen höchst dynamische Kontaktmus-ter mit charakteristischen Punkt- undRiefenformen aus. Dem topographi-schen Muster ist eine spezifische Pro-teinverteilung überlagert. Die Analysedieser beiden Eigenschaften und ihrerBeziehungen zueinander lassen wichti-ge Rückschlüsse auf die Spezifität derAnhaftung, auf die geometrische Aus-richtung sowie auf die Motilität vonZellen zu. Diese Phänomene spielen ineinem Organismus bei vielen Prozesseneine zentrale Rolle und werden des-halb in der modernen Zellbiologie aus-führlich untersucht: Interzelluläre Kon-takte mit einem intensiven Informati-onsaustausch bilden die Voraussetzun-gen für die komplexe Selbstorganisati-on von Zellen, die erst den Aufbau vonOrganismen ermöglicht. Die Wundhei-lung erfordert die Anlagerung von Zel-len in definierten geometrischen Bezie-hungen. Neben der grundsätzlichenBedeutung dieses Themas stellt dieWechselwirkung von eukaryontischenZellen mit technischen Materialien wieGlas, Halbleitern, Metallen oder Kunst-stoffen ein zentrales Problemfeld in dermedizinischen Biotechnologie dar. Fragen der Biokompatibilität, also derVerträglichkeit von Zellen mit syntheti-schen Materialien, müssen z. B. bei derEntwicklung von künstlichen Implan-taten wie Hüftgelenken oder Stentsgelöst werden. Die erfolgreiche Kulti-vierung von Zelllinien basiert auf derBereitstellung von geeigneten Substra-ten, die eine Besiedelung und Teilungder Zellen favorisieren.

Zellen empfangen beim Kontakt mitOberflächen Signale, die sie dazu ver-anlassen bestimmte Verhaltensmusterbzw. Programme zu durchlaufen. Diesversucht das Fraunhofer IBMT auszu-nutzen, um einen Zellassay zu ent-wickeln, bei dem die Zellen währendder Analyse nicht verloren gehen. Die-ser Ansatz wird in Zukunft von großerBedeutung sein, z. B. für autologe The-rapieansätze, bei denen der Zustandvon nur in kleinsten Mengen verfüg-baren Zellen über einen längeren Zeit-raum aufgezeichnet werden undzugleich das Überleben der Zellengewährleistet sein muss. Durchgeschickt gewählte Oberflächenstruk-turen auf der Mikro- und Nanometer-Skala kann man Zellen veranlassen, aufdiesen zu wandern und dabei Zellspu-ren zu deponieren. Solche nanoskopi-schen Zellspuren können als eine ArtFingerabdruck dienen, der es erlaubtverschiedene Parameter von Zellen zubestimmen, ohne die eigentlicheErzeugerzelle zu strapazieren. DieErzeugerzelle kann dann mit höchst-möglicher Vitalität einer weiteren Verwendung zugeführt oder in einemKryoprozess konserviert werden.

Aufgaben

Die Untersuchung von Zellkontaktenmit synthetischen Materialen und dieErarbeitung von daraus ableitbarenGestaltungsprinzipien für die Entwick-lung funktionaler Substrate für Zellas-says oder für die Zellkultivierung sinddie Ziele dieser Arbeitsgruppe. Darausergeben sich Aufgabenstellungen, diein höchst interdisziplinär aufgebautenPaketen bearbeitet werden:

Zellen sollen veranlasst werden, gezieltin bestimmte Richtungen zu wandernund dabei ausgerichtete, geometrischdefinierte Zellspuren auf der Ober-fläche abzulegen. Die definierte Abla-ge soll eine spätere automatisierte

Analyse wesentlich erleichtern. Dieswird durch topographische Ober-flächenmuster induziert, die mittelsElektronenstrahl-Lithographie erzeugtwerden. Zur Musterung auf molekula-rer Ebene werden so genannte Selbst-assemblierungstechniken und die µ-contact-printing-Technik (soft litho-graphy) angewendet. Die Immunlokali-sierung von Proteinen, speziell vonMembranproteinen, auf den Zellspurenund an der substratzugewandten Seite der Zellen ist Voraussetzung, umfundierte Aussagen über die Protein-verteilung als Reaktion auf die Ober-flächeneigenschaften zu ermöglichen.Die Verwendung der Zellspuren alsProbe anstatt der Zelle selbst setzt voraus, dass die Proteinausstattung derSpuren weitestgehend der der Zelleentspricht. Dazu werden fluoreszenz-markierte Antikörper gegen wichtigeProteine eingesetzt.

Zelluläre Cokulturen sind ein geeig-netes Modell, um die Interaktion zwi-schen Zellen zu untersuchen, da mitkünstlichen Oberflächen bei weitemnoch nicht die molekulare Komplexitätvon Zellmembranen verwirklicht wer-den kann. Zusätzlich lässt sich bei diesem Ansatz die Rolle der von den Zellen abgesonderten extrazellulärenMatrix bei Zell-Zell-Kontakten bestim-men. Die Charakterisierung der Zellan-haftung und der Zellspuren erforderteine hochempfindliche Analytik. In derArbeitsgruppe werden Mikroskopie-techniken so weiterentwickelt, dass dieAbbildung der Kontaktbereiche derZellen und der Zellspuren mit hoherSpezifität möglich ist.

Zell-Assay-Entwicklung

Highlight: Bioaktive Oberflächen und Zellassays – Durch gezielte Ablage, induzierte Wanderung und Differenzierung von Zellenlassen sich Zellspuren für deren biochemische Analyse erzeugen



Lösungen

Zellen auf nanostrukturierten undbiochemisch funktionalisiertenOberflächen.Zum Vermessen der Zellhaftmusterwird zunächst eine feste Zellhaftungzum Substrat erzwungen. Der Kultur-flüssigkeit von Bindegewebszellen derLinie L929 wird jegliches Eiweiß entzo-gen. Unter dem Einfluss dieses Medi-ums geben Zellen ihr Umherwandernauf und heften sich fest an der Sub-stratoberfläche an. Die Haftmusterwerden mithilfe der Totalen InternenReflexion Fluoreszenz (TIRF)-Mikrosko-pie untersucht. Die Haftpunkte habeneine streifenartige Struktur und sindreich an dem Protein Fokale Adhä-sionskinase, das nach Fluoreszenzfär-bung mit Antikörpern im Mikroskopsichtbar wird (Abbildung 1). Länge,Breite und Abstände dieser Streifenwerden vermessen und dienen alsRichtgrößen, nach denen künstlicheMuster aus Gold auf einer Glasober-fläche aufstrukturiert werden. Dieübergreifende Anordnung der Gold-streifen richtet sich dabei nach der Silhouette einer wandernden Bindege-webszelle. Abbildung 1 zeigt diesenVorgang. Die erstellten Muster werdenin Kooperation mit der Firma NaWoTec(Roßdorf) aus Edelmetallen auf Glas-oberflächen nachgebildet und dieReaktion der Zellen auf diese künstli-chen Strukturen mit Konfokaler LaserScanning (CLS)-Mikroskopie unter-sucht. Dabei wird die dreidimensionaleOrganisation der Zellkörper über einerOberfläche abgebildet. Wie in Abbil-dung 1 sichtbar, können die Strukturendie Zellen tatsächlich ausrichten. Roset-tenartige Anordnungen der Streifen-strukturen induzieren eine Polarisie-rung der Zelle. (Abbildung 1 E und F).Die Definition einer Längsrichtungstellt die Voraussetzung zur Wande-rung in eine vorbestimmte Richtungdar und kann somit für die definierteAblagerung von Zellspuren dienen.

Abbildung 1 A zeigt unter Eiweißmangel gehaltene Bindegewebszelle mit ausgeprägter Substrathaftung. Die FokaleAdhäsionskinase wurde mit einem fluoreszenzmarkiertem Antikörper angefärbt und mittels TIRF-Mikroskopie abgebil-det. Die in rot hervorgehobenen Strukturen geben die Dimensionen für das in Abbildung 1C abgebildete Design derHaftstreifen. Abbildung 1 B zeigt ein typisches Haftmuster einer Bindegewebszelle nach Färbung des direkt am Glas-kontakt liegenden Aktin-Zytoskeletts mittels TIRF-Mikroskopie. Einer halbmondförmigen Haftregion im vorderen Zell-teil (rechts) folgt ein zentraler Bereich mit Punkthaftung (links). Abbildungen 1 C und D geben ein Beispiel für dieAnordnung der Streifen zu größeren Strukturgruppen nach dem Vorbild des Haftmusters der Bindegewebszelle undalternativ als Halbkreis ("Rosette"). In den Abbildungen 1 E und F ist die zellausrichtende Wirkung der Strukturen zuerkennen. Bindegewebszellen entwickeln eine Spindelform und spannen sich zwischen den Strukturgruppen auf(links). Die Rückseiten desselben Zelltyps werden von der Rosettenstruktur gebunden und die Zellen richten sichkranzförmig aus.



µ-contact-printing als Methode zurHerstellung von biochemisch definierten Oberflächenmustern.Mit Stempeln aus einem Elastomer(PDMS) werden biochemisch definierteOberflächenmuster mit zellabstoßen-den und zellfreundlichen Bereichen mitStrukturgrößen erzeugt, die von weni-gen bis zu einigen hundert µm reichen.Dazu werden Peptide und polymereKohlenhydrate gestempelt (Abbildung2 A und B). Ein Muster aus solchenStoffen soll Zellen veranlassen, sichregelmäßig anzuordnen und wandern-de Zellen auf feste Bahnen lenken.Darüber hinaus können auf dieseWeise funktionalisierte Oberflächen fürdie definierte Ablage und Lagerungvon Stamm- und Blutgedächtniszellenvon enormer Bedeutung sein. Fluores-zenzfärbungen des Zellskeletts zeigen,wie sehr auch intrazelluläre Komparti-mente der Zellen an diesen Mustern

und Bahnen ausgerichtet werden(Abbildung 2 C und D). Aus diesenErgebnissen ist klar ersichtlich, dass dielaterale Verteilung und Ausrichtungder Zellen in weiten Bereichen durchdiese Oberflächen vorgegeben werdenkann.

Zur Analyse von Zellen dienen Zell-spuren als Fingerabdrücke.Die beim Zellwandern hinterlassenenZellspuren stellen eine »Geschichte«der Wanderungsdynamik dar. Aus derbiochemischen Analyse der Spuren las-sen sich Informationen über die Zelleselbst ableiten, ohne die Zelle selbstuntersuchen zu müssen. In den obenskizzierten Arbeitsblöcken werdenOberflächen gestaltet, auf denen sichZellspuren mittels gesteuerter Zellan-siedelung und -wanderung an definier-ten Orten ablegen lassen (Abbildung 3A). Die Analyse zeigt die Zellspur alsein von einer intakten Membranumschlossenes Zellplasma mit eineräußeren Auflage aus signalaktiven Oli-gosacchariden (Abbildung 3 C). Weiterfinden sich Membranproteine mitmedizinischer Relevanz in den Spuren.Der bei der Immunabwehr wichtigeHaupthistokompatibilitätskomplex(MHC-1) konnte gefunden werden(Abbildung 3 B). Auch ein Protein derZelldifferenzierung, das Cluster of Dif-ferentiation Protein 71 (CD71), wurdeidentifiziert. Ergänzt werden dieseUntersuchungen durch eine strukturel-le Charakterisierung der Spuren mithil-fe der Rasterkraft-Mikroskopie. Damitlassen sich z. B. zusammen mit der Fluoreszenzanalyse quantitative Aussa-gen über Rezeptordichten machen, dasich ja die Größe der Zellspuren weitunterhalb der optischen Auflösungs-grenze befindet.

Abbildung 2 A zeigt das Muster eines PDMS-Stempels wie er für das µ-contact-printing verwendet wird. Abbildung 2B zeigt ein gestempeltes Poly-L-Lysin-Muster auf einer zuvor mit polyHEMA beschichteten Glasoberfläche. In Abbildung C kann man auf dem gestempelten Substrat die selektive Besiedelung von Bindegewebszellen erkennen.Auf den Stempelabdrücken können sich Zellen ansiedeln, die Umgebung bleibt zellfrei. Auf dem in Abbildung 2 Dgezeigten Linienmuster ändern die Zelle ihre Silhouette von kreisförmig zu langgestreckt.



Zellen in Cokultur: In Nachbarschaftmit Bindegewebszellen erzeugenEndothelzellen hochwirksameUnterlagen mit enormer biologischer Signalwirkung.Es ist derzeit nicht möglich, mit bio-technologischen Methoden eine Ober-fläche zu erzeugen, die die Komplexi-tät einer biologischen Grenzflächebesitzt. Deshalb präparieren wir inunserer Arbeitsgruppe Cokulturenzweier Zellarten, wobei die unterlie-gende Zellart das Substrat repräsen-tiert, auf dem sich die zweite Zellartdann ansiedelt (siehe Abbildung 4 A).Endothelzellen kleiden in ihrer natürli-chen Umgebung das Innere von Blut-gefäßen aus, wo sie mit Bindegewebs-zellen gemeinsam auftreten. Im vorlie-genden Ansatz dienen Endothelzellenals Unterlage für diese Bindegewebs-zellen. Die ersten Ergebnisse dazu fielen überraschend aus. Statt einenmehrschichtigen Zellverband zu bilden,kommt diese Cokultur niemals zurRuhe (Abbildung 4 B). Die riesigenEndothelzellen beginnen zu wandernund schieben sich unter den Bindege-webszellen entlang. Diese werdendabei abgehoben, kugeln sich ab, rol-len über die Endothelzelle hinweg und

setzen sich hinter den Endothelzellenwieder ab. Beide sezernieren Proteasenin die Umgebung. Dies hält die extra-zelluläre Protein- und Kohlehydrat-schicht weich, so dass sie gut durch-wandert werden kann. Außerdemmuss man annehmen, dass die ZellenSignalstoffe ausschütten, die die Moti-lität der Zellen erhöhen. Dies zeigtAbbildung 4 C, in der in Gelb die Ver-teilung einer extrazellulären Protease,das ADAM-15 Protein, sichtbargemacht ist. In Abbildung 4 C lässtsich nach Färbung mit fluoreszenzkon-jugiertem Phalloidin eine Aktin-Zellske-lettverteilung erkennen, die auf hoheMotilität und gute Substrathaftunghinweist. Grüne Punkte an den Aktin-enden zeigen, wo die Fokale Adhä-sionskinase Aktinfasern an der Unterla-ge anheftet (Abbildung 4 D). Offen-sichtlich fördert die in diesem Experi-ment gebildete extrazelluläre Matrix

(ECM) die Wanderaktivität der Zellen.Einer genauen Analyse wird es vorbe-halten sein, das dafür verantwortlicheSignal ausfindig zu machen.

Totale Interne Reflexion Fluores-zenz (TIRF)-Mikroskopie undRasterkraft-Mikroskopie zur Analy-se von Zellhaftung und Zellspuren.Die Charakterisierung der Zellanhaf-tung und der Zellspuren setzt einehochempfindliche und zugleich hoch-spezifische Analytik voraus. Neben derKonfokalen CLS-Mikroskopie setzenwir vor allem die TIRF-Mikroskopie ein.Die dabei erzeugten evaneszentenWellen bilden Objekte an Grenzflächenmit einer Tiefe von nur ca. 100 nm abund ignorieren Strukturen außerhalbdieses Bereiches. Somit hat man hiereine oberflächenspezifische und spezi-ell die Kontaktregion der Zellen undder Zellspuren abbildende Detektions-methode. Die extrem hohe Empfind-lichkeit und die gute Zeitauflösungmachen diese Methode auch bestensgeeignet, dynamische Prozesse derZellproliferation zu erfassen, die bei

Die rasterelektronenmikroskopische Abbildung 3 A zeigt Zellspuren, die auf einem Winkelmuster aus Gold auf einer Glasfläche abgelegt wurden. Abbildung 3 B zeigt das Resultateiner Immunfluoreszenzfärbung von Zellspuren mit Antikörpern gegen den Haupthistokompatibilitätskomplex (MHC-1). Die Abbildungen 3 C und D zeigen eine Zellspur nachLebendfärbung mit dem Vitalfarbstoff Calcein mittels TIRF-Mikroskopie bzw. den entsprechenden Ausschnitt (mit etwas höherer Vergrößerung) als Rasterkraft-Mikroskopiebild.



Fragestellungen zur Biokompatibilitäteine wichtige Rolle spielen. Zusätzlichbenützen wir zur Charakterisierung derZellspuren (der Durchmesser der Fila-mente liegt bei 120 nm) auf der Nano-meter-Skala die Rasterkraft-Mikrosko-pie. Dies erlaubt, morphologische undmaterialspezifische Informationen mitder funktionalen Analyse der Proteinezu kombinieren, um somit ein detail-liertes Bild von der Rolle der Zellspurenzu erhalten.

Weitere Arbeiten

Durch Kombination der bisherigenErgebnisse sollte es nunmehr möglichsein, Zellen in vorgegebene Richtungenwandern zu lassen und zu einer geziel-ten Ablage von Zellspuren zu veranlas-sen. Diese Zellspuren eröffnen dannWege in die zerstörungsfreie Untersu-chung von einzelnen Zellen.

Potenzial

Detaillierte Untersuchungen zur Bio-kompatibilität mittels optischer Metho-den; Analyse von Zellen, wobei Zell-spuren als Ersatzstrukturen dienen;Steuerung von Zellwanderung entlangfester Bahnen; Aufreinigung vonbestimmten Zellen aus Zellgemischendurch Induktion von zellspezifischerWanderung; Oberflächenerstellung mitzelldifferenzierenden Eigenschaften.

Ansprechpartner

Dr. Götz PilarczykInstitutsteil Medizinische BiotechnologieAbteilung Zelluläre Biotechnologie &BiochipsArbeitsgruppe Zell-Assay-EntwicklungInvalidenstraße 4210115 BerlinTelefon: +49 (0) 30/[email protected]

Kooperationspartner

Dr. Karsten Kottig, Evotec TechnologiesGmbH, HamburgDr. Rudolf Schmidt, Dr. Klaus Edinger,Nano World Technologies GmbH, Roßdorf

Abbildung 4 A zeigt eine schematische Darstellung der Cokultur von Endothelzellen (unten) und Bindegewebszellen(oben). Die Größe der Haftpunkte ist überzeichnet. Die Zellen liegen in einer Matrix (dunkelgrün) mit Integrin-Rezep-toren (gelb) und Proteasen (violett) eingebettet. Das Aktin-Zellskelett erscheint rot. Abbildung 4 B stellt die Wande-rung einer Endothelzelle unter sich abkugelnden Bindegewebszellen hindurch mittels Reliefkontrast-Mikroskopie dar.Abbildung 4 C zeigt die Immunfluoreszenz einer Cokultur mit Färbungen des Aktins (grün), der Proteasen (gelb), derIntegrin-Rezeptoren (blau) sowie der Vollfärbung der Fibroblasten (rosa). Eine Endothelzelle mit Immunfluoreszenzfär-bung zeigt Abbildung 4 D. Die rot gefärbten Aktinfasern sind an ihren Enden über Komplexe aus Fokaler Adhäsions-kinase (gelb) mit dem Untergrund verbunden. Unbenutzte Kinasemoleküle (grün) liegen frei im Zellplasma. Die Zell-kerne erscheinen blau.



Lab-on-Chip-Technologie

– Kryomikroskop mit piezogesteuertemObjekttisch und digitaler Bildver-arbeitung

– Mikro-Robot-Stage (P.A.L.M.) mitoptischer Pinzette (In Zusammen-arbeit mit Evotec OAI)

– Cytoman TM und Cytocon TM300und Technologie zur Ausführung zell-biologischer Operationen in mikro-fluidischen Chips (In Zusammenarbeitmit Evotec OAI)

– Fluoreszenz-Korrelationsspektro-meter (FCS) (In Zusammenarbeit mitEvotec OAI)

– Excimer-Laser-Ablationsanlage– Durchlicht- und Auflichtmikroskope

mit Differenzialinterferenzkontrastund Fluoreszenzeinrichtung

– Raster-Kraft-Mikroskopie (AFM) inKombination mit Totalreflexions-mikroskopie (TIRF)

Zell-Assay-Entwicklung

– konfokales Laser-Scanning Mikroskop (CLSM)

– Laserfreies multispektrales Totalre-flexionsfluoreszenzmikroskop (nonlaser TIRF) zur simultanen interfe-renzfehlerfreien Aufnahme von Multifluoreszenzen

– Interferenzreflexionsmikroskop (IRM)mit temperierbarer Messkammer undZeitraffereinrichtung zur mehrtägi-gen Zellbeobachtung

– Durchlicht- und Auflichtmikroskopemit Differenzialinterferenzkontrast,Phasenkontrast, Reliefkontrast, Pola-risationseinrichtung und Fluores-zenzeinrichtung

– Standard-Zellzuchtlabore mit begasten Inkubatoren

– Raster-Elektronenmikroskop (inZusammenarbeit mit der Humboldt-Universität zu Berlin)

– Räumlich und zeitlich hochauflösen-des laserbasiertes Totalreflexions-fluoreszenzmikroskop (TIRF) mit ther-moelektrisch gekühlter CCD-Kamera

Extremophilenforschung

– Lichtmikroskope mit Differenzialinter-ferenzkontrast- (DIC), Hell-, Dunkel-feld- und Fluoreszenzeinrichtungsowie digitaler Bildverarbeitung

– konfokales Laserscanning Mikroskop(CLSM)

– Kryomikroskop mit digitaler Bildver-arbeitung

– Zellkulturschränke (T = -15 bis +40 °C, Licht = 0-300 µmol m-2 s-1)

– Kulturraum (T = -10 bis +30 °C, Licht = 0-100 µmol m-2 s-1)

– Laborstrecken für Zellaufschluss,DNA-, RNA-, und Proteinisolierungund -reinigung

– Genlabore der Sicherheitsstufe S1– PCR-Thermozykler– 1-D- und 2-D-SDS Gelelektrophorese

von Proteinfraktionen

Weiteres siehe auch Liste der Arbeits-gruppen »Lab-on-Chip-Technologie«und »Zell-Assay-Entwicklung« (s.o.)

In Zusammenarbeit mit verschiedenenLehrstühlen der Humboldt-Universitätzu Berlin:– Raster-Elektronenmikroskop– Transmissions-Elektronenmikroskop– Ultrazentrifugen

Ausstattung



Kryobiophysik & KryotechnologieKryoforschungsbank


– Kryoequipment & Kryorobotik– Nachwuchsgruppe BMBF Kryonanobiotechnologie– Kryoforschungsbank

Highlight: Integrierte Kryotechnologien

Ausstattung

Abbildung: Kryokonservierte adhärente Zelle(Mausfibroblast) auf Gold-Nanostrukturen (Aufnahme mit dem Rasterelektronenmikroskop,Falschfarbendarstellung; A. Katsen. Kollaborationmit FHG-IZM S. Fiedler, M. Zwanzig).



Bisher ist die junge »Wissenschaft vomtiefkalten Leben« (eine wörtliche Über-setzung der griechischen Begriffe desWortes »Kryobiologie«) vorwiegendmittels empirischer Methoden zu ihrenErfolgen bei der Konservierung vonZellen gekommen. Eine Begründungdafür liegt sicherlich in der Komplexitätder Ursachen für die Schädigungenvon Zellen, welche beim Einfrieren derZellen und bei der Lagerung unter denTemperaturen des tiefkalten Stickstoffs(d.h. üblicherweise unter ca. –150 °C)und beim Auftauen auftreten. Dasempirische Auffinden geeigneter Ein-frier- und Auftauraten und tolerierba-rer Kryoprotektiva ist berechtigt, wenneine ausreichende Menge der statisti-schen Gesamtheit eines Zell-Ensembles»überlebt«, wie es bei der Zellkulturder Fall ist. Das Verlassen der Empiriein der angewandten Kryobiologie hinzu einem systematischeren Vorgehenist jedoch von fundamentaler Bedeu-tung für die erfolgreiche Anwendungin denjenigen Bereichen, wo die einzel-ne Zelle und ihr Zustand an Bedeutunggewinnt, z.B. in der Stammzellfor-schung, der Therapie mit »program-mierten« Zellen und in der regenerati-ven Medizin sowie nicht zuletzt auchbeim nachhaltigen Umgang mit Biores-sourcen durch Lebendkonservierungvon Zellproben. Für ein systematischesund auf Verständnis basierendes Opti-mieren eines Kryokonservierungsvor-ganges, d.h. einem Zyklus aus Einfrier-,Lager- und Auftauprozess, ist es not-wendig, dass entsprechende Werkzeu-ge zur Verfügung stehen. Dieser Auf-gabe stellt sich die Abteilung Kryobio-

physik & Kryotechnologie mit ihrenArbeitsgruppen Kryoequipment &Kryorobotik und der BMBF-Nach-wuchsguppe Kryo-Nanobiotechnologieund entwickelt u.a. miniaturisierteKryosubstrate aus verschiedenstenMaterialien und in unterschiedlichenSkalierungen, optimierte Einfrier- undAuftauautomaten, industrietauglicheManipulationssysteme für kontamina-tionsfreien Zugriff auf kalte Probenund nicht zuletzt nanotechnologischoptimierte Oberflächen für die ober-flächenbasierte Kryokonservierung(siehe Abbildung). Diese Entwicklun-gen stellen die Basis eines künftigenWerkzeugkastens für eine systemati-sierte Kryobiophysik dar.

Ansprechpartner Kryobiophysik &KryotechnologieProf. Dr. Heiko ZimmermannTelefon: +49 (0) 6894/[email protected]

Ansprechpartner KryoforschungsbankDr. Frank ObergriesserTelefon: +49 (0) 6897/[email protected]



– Forschung und Entwicklung imBereich Tieftemperatur-Biophysik undKryo-Biotechnologie

– Entwicklung von Kryodisposables(Substrate, Heiz-/Kühltische, Mikros-kope etc.)

– Entwicklung von Einfrierprozedurenfür Einzelzellen, Zellverbände undGewebe

– Entwicklung von Tieftemperatur-elektronik-Messplätzen

– Tieftemperaturtolerante und -opti-mierte digitale Speichersysteme

– Datenbankkonzeption für Proben-banken mit industrieller Skalierung

– Forschung und Entwicklung imBereich chipbasiertes, adaptivesLabor- und Workflowmanagement(»ChameleonLab«-Technologie)

– Dynamische Infrarotthermographie– Forschung und Entwicklung im

Bereich mikrosystembasierte Kryokonservierung

AnsprechpartnerProf. Dr. Heiko ZimmermannTelefon: +49 (0) 6894/[email protected]

– Entwicklung von Kryoequipment(Substrate, Heiz-/Kühltische, Mikros-kope etc.)

– Entwicklung von Automatisierungs-konzepten für Kryobanken und Kryobehälter

– Spezialanfertigung von Kryo-Infra-strukturelementen (z.B. »Intelligen-te« Transportbehälter, Installationenfür die Probensicherheit)

– Tooldesign im Bereich Kryo-Biotech-nologie

– Tieftemperatur-Imaging (Spezial-Video-Lösungen), Tieftemperatur-Sensorik

– Forschung und Entwicklung imBereich Kryorobotik

– Spezialentwicklung im Bereich Temperaturmessung (Tieftemperatur)und -steuerung

AnsprechpartnerDipl.-Phys. Uwe SchönTelefon: +49 (0) 6897/[email protected]

Kryobiophysik & Kryotechnologie

Kryoequipment & Kryorobotik




– Forschung im Bereich des ober-flächenbasierten Einfrierens von Zellen

– Forschung im Bereich nanostruktur-unterstützte Kryokonservierung

– Entwicklung neuer Nanostrukturie-rungsmethoden

– Forschung im Bereich Hydrogel-Mikroverkapselung (2-D/3-D) undZellprogrammierung für die Kryo-konservierung

AnsprechpartnerProf. Dr. Heiko ZimmermannTelefon: +49 (0) 6894/[email protected]

– Einlagerung von biologischem Material zu Forschungszwecken

– Erprobung von kundenspezifisch entwickeltem Kryoequipment (Substrate, Heiz-/Kühltische, Mikros-kope etc.)

– Erprobung von Kryoprozeduren– Kryoprototypenbanken– Erprobung von Kryobankkonzepten– Entwicklung und Validierung von

Kryodatenbanken– Beratung bei der Erstellung kunden-

eigener Kryobanken mit spezifischenSoftware-Lösungen

AnsprechpartnerDr. Frank ObergriesserTelefon: +49 (0) 6897/[email protected]

Nachwuchsgruppe »Kryo-Nanobiotechnologie«des BMBF

Kryoforschungsbank



Situation

Anwendungsorientierte Forschung undEntwicklung im Bereich Kryobiotech-nologie muss auf allen Skalenberei-chen durchgeführt werden. Innovatio-nen bei der stickstoffbasierten Lage-rung von Zellen sind sowohl auf Seitender industriellen Lagertechnik immakroskopischen Bereich notwendigals auch gleichermaßen in der unmit-telbaren Umgebung des »Zielobjek-tes«, der Zelle oder des Zellverbandes.Hier muss angepasst an die Größe derzellulären Sensorik mit nanoskalig defi-nierbaren Materialien und Grenz-flächen gearbeitet werden. Am Zen-trum für Kryobiotechnologie im Saar-land wurde dazu eine Vielzahl von Pro-jekten initiiert und ein Portfolio anTechnologien entwickelt, das im letz-ten Jahr bei klinischen Partnern mitaktuellen biomedizinischen Therapie-ansätzen erstmals zur Anwendungkam. Als integrierte Kryotechnologienkönnen sie bezeichnet werden, weil sieeinerseits die klassischen naturwissen-schaftlichen Disziplinen in neuen For-schungsgebieten (Tieftemperatur-Elek-

tronik, Kryobioinformatik, Kryomikro-systemtechnik und Kryonanobiotech-nologie) verbinden, und andererseitsalle Skalenbereiche der Technik in dieEntwicklung integrieren. Deswegenwerden die Ergebnisse, die im Jahre2004 erreicht wurden, nach ihrenDimensionen eingeordnet vorgestellt.

Makro-Dimensionen: Kryomaschinenbau

Die enge Anbindung an eine dermodernsten und infrastrukturell mäch-tigsten Kryobanken Deutschlands,

, in Sulzbach/Saar, hat denBedarf nach Schutztechnologien fürden Zugriff auf stickstoffgekühlteLagersysteme aufgezeigt. Ohne dievon der Arbeitsgruppe Kryoequipment& Kryorobotik entwickelten Schleusen-systeme, die das Ausfallen von Flüssig-keit aus der Atmosphäre verhindern,können gekühlte Proben nicht ohneReifbildung entnommen bzw. eingela-gert werden. Zudem können Lagertür-me in den gekühlten »Schutztürmen«

nahezu beliebig lange entnahmebereitgehalten werden, ohne dass die restli-chen Proben beim Zugriff der Gefahrdes Auftauens unterliegen. Konse-quenterweise wurden zudem neue Ein-frier- und Auftausysteme entwickelt,die die Fraunhofer-Schutzhaubentech-nik nutzen und einen Kontakt der kontinuierlich und unterbrechungsfreigekühlten Probe mit der Atmosphäreverhindern. Diese makroskopischeninnovativen Systeme sind bereits in derFraunhofer-eigenen Kryobank im Einsatz und können jederzeit kunden-spezifisch angepasst, modifiziert undautomatisiert werden. Sicher ist, dasssich heutige und zukünftige Kryoban-ken (sowohl öffentliche als auchkommerzielle) diese neue »Nitrogen-Hood«-Technologie zunutze machenwerden und dass damit ein Standardfür ein »probenschützendes« Kryo-banking geschaffen wurde.

Meso-Dimensionen: GefrorenerSpeicher und ein Chamäleon

Ein wesentlicher Punkt bei der Lage-rung von für die Therapie vorgesehe-nen Zellen und Transplantaten ist dieIdentifikation der Probe. Verwechslun-

Zentrum für Kryobiotechnologie

Highlight: Integrierte Kryotechnologien

Abbildung 1: Von links nach rechts: Forschungs- und Demonstrationskryobank EurocryoSAAR, »Schleusenturm« für Stickstofflagertanks zur geschützten Ein- und Auslagerung,Fraunhofer-Schutzhaubentechnik für Kryoprobenmanipulation, kundenspezifische Tieftemperatur-Transportbehälter, Automatisierung von Kryopräparationsschritten (U. Schön und C. Durst, IBMT).



gen und Inkonsistenzen auch nur imSubpromille-Bereich würden bei denenormen Probenmengen einer Kryo-bank und den immunologischen Impli-kationen bei der Implantation unwei-gerlich zu schweren Komplikationenführen. Ziel ist es, in diesem Feld eine100%ige Zuordnung von Proben undDaten zu erreichen. Die Vorlauffor-schung, die hier vom Fraunhofer IBMTgeleistet wurde, hat gezeigt, dass diesnur durch eine physische Kopplungvon Informations- und Probenträger zuerreichen ist. Konsequenterweise stelltdas IBMT einen für die Tiefsttempera-turanwendung geeigneten Datenträ-ger auf Flash-Basis vor, der die Proben-daten nicht nur bei den Lagertempera-turen unter –150 °C speichern kann,sondern der auch bei diesen Tempera-turen im Lese- und Schreibmodusbetrieben wird. Erste Prototypen vonMultiplexern, die diese Speicherbau-steine im Tieftemperaturbereich schalt-bar mit Lesegeräten verbinden, liegenvor. Passend dazu wurde in engerZusammenarbeit mit der Firma EvotecTechnologies (Hamburg) das Software-system ChameleonLab™ fertig gestellt,das ein adaptives Labormanagementzur Verfügung stellt. In Kombinationmit den tieftemperaturkompatiblenSpeicherbausteinen steht somit eineSoftware-Hardware-Kombinationbereit, die eine probengesteuerte Para-metrisierung von Laborgeräten (»Probesteuert Labor«) anbietet und eineAlleinstellung im Bereich Zellkultur,Präparation und Kryokonservierungbedeutet.

Mikro-Dimensionen: Miniaturisierte Kryokonservierungund Mikro-Kryobanken

Aufbauend auf den Prototypen minia-turisierter und mikrosystembasierterKryosubstrate (bei Tiefsttemperaturenseparierbare Wellplatten mit Well-Volu-mina von 25 µl bis in den Submikro-literbereich aus Kunststoffen und Silizium) wurde die Einfrierstreckekomplettiert. Am IBMT stehen nun

Systeme und Prototypen für die Einzel-well-Entnahme zur Verfügung, die dieSchutzhaubentechnik integrieren(siehe Abbildung 1) und die manuelleoder positionsspezifische mechanischeEntnahme von Einzelwells bei tiefstenTemperaturen erlauben; ebensoAbdeckvorrichtungen (Deckelsystemeund Folienverschlüsse unter Zuhilfe-nahme neuer zellverträglicher Schweiß-techniken). Damit und mit dem Einsatzvon Pipettiersystemen und Qualitäts-kontrollen mit infrarotbasierter, dyna-mischer und räumlich hochauflösenderThermografie konnte die mikrosystem-basierte Prozessstrecke für die Kryo-konservierung von Zellen geschlossenwerden. Der Nachweis der verbesser-ten Konservierung mit diesem Systemfür zelluläre Modelle (suspendierte Ein-zelzellen) konnte bereits im Jahre 2003geführt werden. Ziel der Untersuchun-gen im Jahr 2004 war es, die Systemebei klinisch und therapeutisch relevan-ten Zellsystemen zu testen. Ausge-wählt wurden dafür die im BereichDiabetes-Forschung relevanten »Lan-gerhansschen Inseln«. Die Kryokonser-vierung von insulinproduzierenden

Langerhansschen Inseln stellt einebesondere Herausforderung in derKryobiologie dar, da es sich um sphäro-ide Zellkomplexe mit Dimensionen imBereich von ca. 500 bis 800 µm han-delt, die bisher nur mit inakzeptablenÜberlebensraten und unzureichenderFunktion kryokonserviert werdenkonnten. Zusammen mit einem klini-schen Partner, dem Schwerpunkt fürEndokrinologie der Universität Mainz,konnte die Abteilung im letzten Jahrzeigen, dass die Konservierung in denFraunhofer-Kryosystemen sowohl beiäquivalenten Konzentrationen an Kryo-protektiva als auch bei deutlich redu-zierten Konzentration eine für zukünf-tige Therapien von Diabetes ausrei-chende Funktionalität (Nachweis durchIn-vitro-Stimulation) erreichen konnte.Der Einsatz im Tiermodell ist in Vorbe-reitung. Tendenziell ähnliche vorläufigeErgebnisse konnten in Zusammenar-beit mit dem Institut für Medizintech-nik und Biophysik des Forschungszen-trums Karlsruhe erreicht werden. Einweiterer Schwerpunkt war hier der Ein-satz DMSO-ersetzender Kryoprotekti-va, insbesondere nicht membrangängi-ger Stoffe. Hier zeigen erste Ergebnis-se, dass das miniaturisierte und demZellsystem angepasste Kryosubstratsignifikante Vorteile bietet.

Abbildung 2: Kryokonservierung von Langerhansschen Inseln in Mikrosystemen. Links: Phasenübergang im Microwellaufgenommen mit Infrarot-Thermografie. Rechts: Langerhanssche Inseln nach der Kryokonservierung (Elektronenmikroskop/Fluoreszenz-Mikroskop) (F.Ihmig und A. Katsen, IBMT).



Nano-Dimensionen: Oberflächen-basierte Kryokonservierung undEinzelzellverkapselung

Wie im Ausblick des Jahresberichts2003 beschrieben, ist es eine neueStrategie im Rahmen der BMBF-Nach-wuchsgruppe Kryo-Nanobiotechnolo-gie, die bei der Kryokonservierungadhärenter Zellen auftretenden Grenz-flächen nanotechnologisch für dieLebendkonservierung zu optimieren.Die zwei zu betrachtenden Grenz-flächen sind dabei einmal die Ober-fläche des Kryosubstrats und zumanderen die Grenzfläche Zelle – Sub-strat. Im Hinblick auf den ersten Punktkonnten im Berichtszeitraum signifi-kante Fortschritte erreicht werden. Eswurde die erfolgreiche Kryokonservie-rung auf Goldnanostrukturen, »Bucky-Paper«, d.h. nicht ausgerichteten Koh-lenstoff-Nanoröhrchen und Silizium-Nanostrukturen für bestimmte Zellmo-delle gezeigt. Die nanotechnologischeManipulation der Grenzfläche zwi-schen Zelle und Kryomedium scheintdurch die Möglichkeit der Verwendung

von vernetzbaren Hydrogelen in greif-bare Nähe gerückt. Hier verfolgt dieAbteilung die Strategie, mit Dispensier-einrichtungen eine Einzelzellverkapse-lung zu erzielen. Untersuchungen mitder Hochgeschwindigkeitskamera zei-gen, dass dieses Ziel erreichbar ist.

Potenzial

Am Fraunhofer IBMT steht nunmehrein völlig neuartiges Einfriersystem,bestehend aus polymer- und silizium-basierten Substraten und demzugehörigen Equipment zur Verfü-gung. Besonderheiten des Substratessind u.a. die Kopplung mit elektroni-schem Speicher, die Realisierunghomogener Temperaturverläufe in derbiologischen Probe und die Separier-barkeit bei Temperaturen unterhalb–130 °C. Zusätzlich wurden neueMonitoringsysteme (z.B. dynamischeInfrarotthermographie für die Einfrier-und Auftauprozesse) und die automa-tisierte Zugabe von Kryoprotektiva realisiert. Das vom IBMT entwickelteZugabesystem erlaubt die signifikanteReduktion von DMSO oder den opti-mierten Einsatz von DMSO-Alternati-ven bei vergleichbarer Überlebensrateund Funktion. Eine erste erfolgreichemedizinische Anwendung diesesneuen Kryosystems wird mit der Kryo-

konservierung von LangerhansschenInseln vorgestellt. Die Experimentewurden in enger Kooperation mit Professor M. Weber und Dr. P. Feilen(Schwerpunkt Endokrinologie der Uni-versität Mainz) durchgeführt. WeitereAnwendungen und kundenspezifischeOptimierungen werden im nächstenJahr vom IBMT und seinen Koopera-tionspartnern realisiert.

Ansprechpartner

Prof. Dr. Heiko ZimmermannTelefon: +49 (0) 6894/[email protected]

Dr. Frank ObergriesserTelefon: +49 (0) 6897/[email protected]

Abbildung 3: Elektronenmikroskopische Aufnahme adhärenter Zellen auf Nanostrukturen (Aufnahme: A. Katsen,IBMT). Visualisierung und erste experimentelle Befunde zur oberflächenbasierten Einzelzellnanoverkapselung mitHydrogelen (Hochgeschwindigkeitsaufnahme eines ins Medium eintretenden Tropfens, F. Ehrhart, IBMT).



Kryobiophysik & Kryotechnologie

– Tieftemperatur-Lagersysteme (bis –196 °C) mit medizinischerZulassung

– modifizierte, programmierbare Einfrier-Automaten für biologische, materialwissenschaftliche und elektronische Applikationen

– zellbiologisches Labor– modifizierte Forschungsmikroskope– Invertiertes Kryomikroskop (Eigen-

entwicklung, Peltier-basiert)– kombiniertes Reflexions-/Rasterkraft-

mikroskop für Messungen biologi-scher Objekte in wässriger Umge-bung

– Test-Equipment (digital/analog) fürTieftemperatur-Elektronik

– Tieftemperatur-Messkammer fürElektronik-/Materialtests

– Thermografiesystem (Temperatur-messbereich –20 °C bis 250 °C)

– Mikropipettiersystem/Automatisie-rungsplattform

– »ChameleonLab«- basiertes Labormanagement

– Hochgeschwindigkeitskamerasystemfür mikrotropfenbasiertes Einfrieren

Kryoequipment

– computergesteuerte Einfrier-Auto-maten (Eigenentwicklungen)

– Kryotank-Entnahmesysteme– Probenhandling Schleusensysteme– Kaltgasgeräte– Kryotransportbehälter

(Eigenentwicklungen)– 20-Kanal Kryo-Temperaturmess-

systeme– Kryoroboter zum Probenhandling– LN2-Füllstands-Ultraschall-

Messsysteme

Nachwuchsgruppe »Kryo-Nanobio-technologie« des BMBF

– Mikroverkapselungsanlage (Crystal-Gun-Prinzip)

– »Freezing-Spin-Coater« für das Frie-ren ultradünner Schichten (Eigenentwicklung)

– Infrarotlasersystem für das hoch-lokalisierte und hochdefinierte Erwär-men dünner Schichten (geplant)

Kryoforschungsbank

Erste Teilbereiche des EuropäischenZentrums für Kryo-Biotechnologie sindin Betrieb genommen.

– Tieftemperaturlagersysteme (–130 bis –196 °C) mit medizinischerZulassung

– programmierbare Einfrierautomaten– zellbiologisches Labor– Zellkulturmikroskop für Hellfeld,

Phasenkontrast und variablen Relief-kontrast sowie Fluoreszenz

– Hochsicherheitscontainer– Ultratiefkühltruhe mit Kohlendioxid-

Notkühlung – Fileserver mit RAID-System– Test- und Entwicklungsserver– Lagertank für 25 000 Liter Flüssig-

stickstoff– Sterilwerkbank– CO2-Inkubator– Nanoplotter– Notstromaggregat 15kVA– Datenbankserver mit RAID-Systemen

und LTO-Bandlaufwerk– Sauerstoffmangelüberwachung– Einbruchmeldeanlage

Ausstattung



Zelldifferenzierung & Zelltechnologie

Angebote, Ergebnisse und Produkte der Arbeitsgruppe

– Zelldifferenzierung & Zelltechnologie

Highlight: Adulte Stammzellisolate aus exokrinem Gewebe

Ausstattung

Entwicklung eines »organoiden Gewebekörpers« (dunkler Bereich im Zentrum) mit adhärenter Oberflächenbesiedelung nach Überführung des Gewebekörpers in eine Differenzierungskultur.



Stammzellen gehören wegen ihresenormen Entwicklungspotenzials zuden Hoffnungsträgern in der Medizin.Insbesondere die autologen Zellthera-pien versprechen unkomplizierteAnwendungen bei einer Vielzahl vonErkrankungen, da die Zellen genau ausdem Patienten stammen, dem sie auchwieder verabreicht werden.

Man unterscheidet embryonale undadulte Stammzellen, d.h. die Quelleder Stammzellen ist einer der embryo-nalen Entwicklungszustände bzw. derjugendliche oder adulte Organismus.Derartige Stammzellen sind weitge-hend oder vollständig undifferenziertund können sich in eine bis mehrereoder alle der etwa 220 verschiedenenZelltypen des höheren Organismus ent-wickeln. In vitro lassen sie sich in Nähr-medien vermehren und bei Zugabevon Wachstums- und Differenzierungs-faktoren zu unterschiedlichen Zellartendifferenzieren, z.B. zu Herzmuskel-,Nerven- oder Bauchspeicheldrüsenzel-len. Umfasst dieses Differenzierungs-potenzial eine Vielzahl von Zelltypen,werden die Zellen als pluripotentbezeichnet.

Die regenerative Medizin möchte dieseEigenschaften der Stammzellen nut-zen, um zerstörte Zellen in krankenOrganen zu ersetzen, d.h., defektesGewebe zu regenerieren. Dies könntevon großer Bedeutung für die Behand-lung von Herz-Kreislauf-Erkrankungenaber auch zur Kompensation vonAutoimmunreaktionen werden. Diegegenwärtige öffentliche Debatte überdie Situation der Stammzellenfor-schung in Deutschland ist charakteri-siert durch zwei Lager, das der Befür-worter und der Gegner der embryona-len Stammzellforschung und -nutzung,

insbesondere, wenn es sich um huma-ne Zellen handelt. Unter den Wissen-schaftlern herrscht nahezu einheitlichdie Auffassung, dass sowohl dieembryonale als auch die adulteStammzellenforschung notwendig undzu fördern sei, da man ansonsten imadulten Bereich nicht über die notwen-digen Vergleiche verfügt. Was die Nutzung für therapeutische Zweckebetrifft, gehen die Meinungen ausei-nander und müssen komplexe ethisch-rechtliche Gesichtspunkte berücksich-tigt werden. Das Klonen menschlicherEmbryonalzellen ist nach dem Embryo-nenschutzgesetz verboten und stehtdaher auch nicht zur Diskussion.

Es steht außer Frage, dass ethisch-rechtliche Probleme weitgehend ver-mieden werden könnten, wenn die kli-nische Nutzung sich auf adulte Stamm-zellen beschränken könnte. DiesemFeld gilt daher das Engagement desFraunhofer IBMT mit seiner externenArbeitsgruppe an der Universität zuLübeck.

AnsprechpartnerPriv.-Doz. Dr. Charli Kruse Telefon: +49 (0) 451/[email protected]



– Isolation und Differenzierung vonhumanen und tierischen adultenStammzellen mit dem Ziel der Nutz-barmachung für die regenerativeMedizin und Biotechnologie.

AnsprechpartnerPriv.-Doz. Dr. Charli Kruse Telefon: +49 (0) 451/[email protected]



Abbildung 1: Gewinnung und Anlage von Stammzellkulturen am Beispiel der Ratte,deren Differenzierung und Kultivierung bis zu »organoiden Gewebekörpern« sowieZelltypen aller drei Keimblätter führt.



Situation

Bislang wurden adulte Stammzellenunter anderem aus dem Knochenmark,der Leber, dem Gehirn und dem Blutisoliert. Die Wissenschaftler könnenzzt. adulte Stammzellen im Vergleichzu embryonalen Stammzellen aller-dings nur in weitaus begrenztererWeise im Labor halten, vermehren undin andere Gewebezellen umwandeln.Die IBMT-Arbeitsgruppe »Zelldifferen-zierung & Zelltechnologie« an der Uni-versität zu Lübeck identifizierte undpublizierte eine alternative und neueQuelle für adulte Stammzellen, dieexokrinen Drüsen. Besonders differen-zierungsfreudige Stammzellen wurdenaus Gewebeteilen der Bauchspei-cheldrüse isoliert, die hierfür bishernicht in ausreichendem Maße beachtetwurde. Die daraus isolierten Zellen zeigen jedoch, wie nachfolgend erläu-tert wird, überaus interessante Eigen-schaften.

Die aus Ratten-, Mäusen, aber auchmenschlichem Gewebe isolierten Zel-len werden seit mehr als 11/2 Jahren im Labor gezüchtet und bilden unterbesonderen Bedingungen spontangewebeähnliche Zellansammlungenaus, die als »organoide Gewebekör-per« zu bezeichnen sind. Fluoreszenz-analysen mittels markierter, hochspezi-fischer Moleküle und hochauflösendeelektronenmikroskopische Schnittewiesen darauf hin, dass sich Gewebe-typen wie man sie in Nerven, Muskeln,Knorpeln und der Haut findet heraus-bilden. Das Besondere an den Zellengegenüber anderen adulten Stamm-zellkulturen ist ihre gute und stabileKultivierbarkeit (eine Kultur befandsich zu Redaktionsschluss bereits in der66. Passage), ihre hervorragende Kryo-konservierbarkeit ohne Einbuße derDifferenzierungspotenz, ihre spontaneDifferenzierung im hängenden Tropfenbis hin zu »organoiden« Gewebefor-mationen von mehreren MillimeternGröße, in denen sich Zelltypen allerdrei Keimblätter und strukturierte

Gewebebereiche finden, was als Pluripotenz zu bezeichnen ist (sieheAbbildung 1).

Die vor mehr als einem Jahr aus ver-schiedenen Spendergeweben, unteranderem auch aus über 60-jährigenPatienten gewonnenen Stammzellen,vermehren sich sehr gut in stabilen In-vitro-Kulturen. Es zeigt sich jedoch,dass die Zellisolate älterer Menschensich sehr viel langsamer vermehrenund nach einigen Passagen stagnieren,während frühe Isolate proliferations-freudig bleiben und dauerhaft ver-mehrt und passagiert werden können.Es konnte darüber hinaus gezeigt werden, dass über geeignete Kultivie-rungsschritte sehr definiert die Diffe-renzierung der Zellen induziert werdenkann. Wie sonst bei embryonalenStammzellkulturen beobachtet, bildendie Zellkulturen »dreidimensionaleGewebekörper« aus, die ihrerseits wie-der in stabile, sich selbst vermehrendeDifferenzierungskulturen überführtwerden konnten (siehe Abbildung 2).

Bemerkenswert ist, dass diese Gewe-beschichtungen in den Kulturschalenüber Monate weiterwachsen undGewebekomposite von einigen Milli-metern Größe hervorbringen, in denensich Zellen und Zellformationen mitEigenschaften des Meso-, Ekto- undEndoderms finden.

Ergebnisse

Die Ergebnisse besitzen höchsteBedeutung für die Stammzellenfor-schung, da offensichtlich auch im adul-ten Stammzellbereich sehr differenzie-rungsfreudige und pluripotente Zellty-pen gewonnen und kultiviert werdenkönnen. Für eine spätere Nutzungspielt es eine untergeordnete Rolle, obes sich dabei um einen Stammzelltypoder ein Gemisch verschiedener Precursor-Zellen handelt, was geradegeprüft wird. Entscheidend ist, dassman in viele Zelltypen aller drei Keim-blätter differenzieren kann. Man ist derVision, von vielen Tieren aber auchdem Menschen ein expandierbaresStammzelldepot ausreichender Größefür eine spätere landwirtschaftliche,biotechnologische bzw. individuell-medizinische Nutzung anlegen zu können, einen großen Schritt nähergekommen. Auch für das TissueEngineering stehen damit in Kürzeneue, adulte Stammzellkulturen und -linien verschiedenster Herkunft zurVerfügung.

Eine weitere biotechnologisch wiemedizinisch außerordentlich wichtigeEigenschaft dieser Stammzellen ist ihregute Konservierbarkeit bei Temperatu-ren des flüssigen Stickstoffs (–196 °C).Das ermöglicht die frühzeitige Ablageund Lebendlagerung der Zellen überTage, Monate oder Jahre bis zu einerspäteren Nutzung. In Zusammenarbeitmit der Kryobank des IBMT wurden


Highlight: Adulte Stammzellisolate aus exokrinem Gewebe

Abbildung 2: Aus den Primärkulturen über spontane Differenzierung sich entwickelnde Gewebekörper in einer Kulturschale (links) und im gefärbten Gewebeschnitt (rechts)


Potenzial

Die Bundesrepublik Deutschlandbesitzt das Potenzial eine Schlüsselpo-sition in der Stammzellenforschungund der Ablage von Stammzellen ein-zunehmen. Es gilt diesen Vorsprung zunutzen und durch gleichzeitige Verstär-kung der Grundlagen- und Anwen-dungsforschung auszubauen. Auf-grund der herausragenden Bedeutungder Ergebnisse hat das Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik inAbsprache mit dem Vorstand derFraunhofer-Gesellschaft die Initiativeergriffen und eine Fraunhofer-Projekt-

gruppe »Zelldifferenzierung & Zelltech-nologie« am Multifunktionszentrumauf dem Lübecker Hochschul-Campusgegründet und installiert. Die offizielleEinweihung und Eröffnung erfolgte am08. November 2004. Auf diese Weisekonnte der Leiter der Arbeitsgruppe,Privatdozent Dr. C. Kruse, ohne Unter-brechung und verbunden mit einersofortigen finanziellen Anschubförde-rung seine Forschungsarbeiten fortset-zen und intensivieren. Die Arbeitsgrup-pe ist in Anbetracht des hohen bio-technologisch-medizinischen Potenzialsder Ergebnisse in das Integrierte Projektder Europäischen Union »CellPROM«einbezogen worden, dessen Ziel diedefinierte oberflächenbasierte Indukti-on der Differenzierung von Zellen ist.

An der Charakterisierung und geziel-ten Differenzierung der neuen Zellkul-turen arbeiten die Universität zuLübeck, das Max-Planck-Institut fürMolekulare Medizin in Münster, dasMax-Planck-Institut für Biophysikali-sche Chemie in Göttingen mit demFraunhofer IBMT in einem Forschungs-verbund seit einem halben Jahr inten-siv zusammen. Diese Initiative zwi-schen Universität, Grundlagen- undAnwendungsforschung ist ein gelun-genes Beispiel für rasches und ziel-führendes Vorgehen zum Ausbauzukunftsträchtiger Forschungsfelderund daraus resultierender wirtschaft-licher Potenzen. Sie belegt, entgegenvielen Behauptungen, anschaulich dieHandlungsfähigkeit und hohe Flexibi-lität der deutschen Forschungsinstru-mente.

Ansprechpartner

Priv.-Doz. Dr. Charli Kruse Telefon: +49 (0) 451/[email protected]


speziell gestaltete Substrate (Mikrocon-tainer) zur Aufnahme von Stammzell-suspensionen aber auch »organoidenKörpern« entwickelt, in denen einezeitlich unbegrenzte Lagerung derwertvollen Zellen und Aggregate ohneVerlust der Vitalität möglich ist (sieheAbbildung 3). In der Mikrocontainer-Kryobank des Fraunhofer IBMT in Sulz-bach wurde der Kern einer Stammzell-sammlung angelegt, in die die Kruse-schen Stammzelllinien bereits einge-gliedert sind und von jeder Isolations-und Kultivierungsstufe Referenzprobenfür zukünftige Untersuchungen abge-legt werden.

Abbildung 3: Für die Ablage von Stammzellen und Gewebekörpern geeignete, miniaturisierteSubstrate mit elektronischem Speicherchip, denen im tiefgekühlten Zustand einzelne Depots(Wells von einigen µl ) entnommen werden können, ohne die Restprobe erwärmen zu müssen.Pro Well lassen sich bis zu 1 Million Zellen unterbringen.

Abbildung 4: (a) Organoider Körper mit ektodermaler Stammzellmarkierung (Pax6 – rot, CD44– grün), (b) Aus pankreatischen Stammzellen differenzierte Zellen mit zytoplasmatischen Strukturen in hoher lichtmikroskopischer Auflösung, die die gute Differenzierbarkeit belegen.




– Grundausrüstung zur Isolation undAnlage von beliebigen In-vitro-Kulturen

– Differenzierung und Analyse adulterStammzellen

– Mikroinjektionstechnik– Mikrodissektionstechnik

Ausstattung

Abbildung 5: Pressekonferenz am 28. Mai 2005 in Berlin (von links: Dr. Hanspeter Georgi,Wirtschaftsminister des Saarlandes, Prof. Dr. Günter Fuhr, Institutsdirektor Fraunhofer IBMT,Prof. Dr. Alfred X. Trautwein, Rektor der Universität zu Lübeck, Dr. Hellmut Körner, Staats-sekretär des Landes Schleswig-Holstein, Ministerium für Bildung, Wissenschaft, Forschung und Kultur).

Abbildung 6: Einweihung der Arbeitsgruppe Zelldifferenzierung & Zelltechnologie an der Uni-versität zu Lübeck, Multifunktionszentrum, am 08. November 2004 (von links nach rechts:Bernd Saxe, Bürgermeister der Stadt Lübeck, Prof. Dr. Alfred X. Trautwein, Rektor der Univer-sität zu Lübeck, Michael Rocca, Staatssekretär und Amtschef im Ministerium für Wirtschaft,Arbeit und Verkehr, Kiel, Prof. Dr. Günter Fuhr, Institutsdirektor Fraunhofer IBMT.)



Ultraschall


– Ultraschall-Systementwicklung– Biomedizinische Ultraschallforschung– Piezosysteme & Entwicklung– Sensorfertigung

Highlight: Ultraschall zur Navigation in der Schädelbasischirurgie

Ausstattung

Hochfrequentes, mechanisch strukturiertes 2-D-Array für die dreidimensionale Schallfeldsteuerung.



Die Ultraschalltechnik ist als bildgeben-de Modalität in der Medizin vielseitigeinsetzbar. Dies liegt vor allem daran,dass die Größenordnung der Dinge,die dargestellt werden, in weiten Gren-zen einstellbar ist. Beschränkte sich derEinsatz der Ultraschalltechnik in derMedizin bei Einsatz von Schallfrequen-zen im 1-10 MHz Bereich bislang imWesentlichen auf die Diagnostikgroßer, makroskopischer Strukturenwie einzelner Organe, Tumore oderGefäße, wird mit der Ultraschall-Bio-mikroskopie auch die mikroskopischeWelt im Körper zugänglich. Mit Fre-quenzen von bis zu 200 MHz lassensich bei Eindringtiefen von bis zu 15 mm vor allem Untersuchungen ander Haut (Dermatologie), am Auge(Ophthalmologie) oder an und inner-halb von Gefäßen (Angiologie) durch-führen. Dabei können Objekte von derGröße weniger tausendstel Millimeterin Echtzeit abgebildet werden, was z.B. für die funktionelle Diagnostik derperipheren Gefäße (Blutfluss) vongroßer Bedeutung ist. Bei Verwendungnoch höherer Frequenzen im Giga-hertz-Bereich können sogar die inne-ren Strukturen einzelner biologischerZellen dargestellt werden. Die Ein-dringtiefe ist allerdings noch stärkereingeschränkt.

Zur schnellen Erfassung dreidimensio-naler Datensätze in allen Größenord-nungen, ist dabei als Trend in dermedizinischen Ultraschalltechnik derEinsatz neuartiger zweidimensionalerUltraschallwandler zu verzeichnen.Diese Wandler sind dem reinen For-schungsstadium entwachsen und wer-den nun in kommerziellen Systemenangeboten. Sie bestehen aus vielen,miniaturisierten Ultraschallsensoren,

die schachbrettartig angeordnet sind.Diese lassen sich einzeln und voneinan-der unabhängig mit einem digitalenPhased-Array-System ansteuern,wodurch der resultierende Schallstrahlelektronisch dreidimensional ausge-richtet werden kann. Damit könnenVolumina in Bruchteilen einer Sekundeabgebildet werden, ohne den Schall-kopf bewegen zu müssen, was z.B. beiHerzuntersuchungen von großem Vor-teil ist, wenn es um die Beurteilung desräumlichen Bewegungszustandes(Herzvolumens) geht.

Sicherlich noch mitten in der Entwick-lung aber von großer Bedeutung sinddie Vorstöße im Bereich der Ultraschall-Kontrastmittel. Dies äußert sich auch inden Börsennachrichten: im Geschäfts-jahr 2004 war eine der Schlagzeilendie Übernahme eines schwedischenBiotechnologieunternehmens durcheinen amerikanischen Hersteller medi-zinischer Diagnosegeräte für mehrereMilliarden €. Ein wesentliches Interessegilt dabei der Sparte der Ultraschall-Kontrastmittel des schwedischenUnternehmens. Diese bestehen auskleinen, luftgefüllten Hohlkügelchenmit einem Durchmesser von wenigerals einem hunderstel Millimeter, die zuTausenden in das zu untersuchendeGewebe injiziert werden. Dadurcherhöht sich dessen Reflektivität, was zueinem kontrastreicheren Ultraschallbildführt, auf dem selbst kleinste Einzelhei-ten gut zu erkennen sind. Gelingt es,diese Kontrastmittel molekularbiolo-gisch so zu modifizieren, dass diesesich bevorzugt an malignem Gewebewie zum Beispiel einem Tumor anla-gern, ist eine einfache, kostengünstigeund selektive Darstellung und Diagno-se möglich, die durch die breite Ver-fügbarkeit von Ultraschallgeräten invielen kleineren Praxen und Klinikendurchgeführt werden kann. Eine wei-tere Möglichkeit, die derzeit in denForschungslaboren entwickelt wird, ist

das Befüllen dieser Blasen mitbestimmten Medikamenten. Wenn siedann nach der Injektion an der Stelleim Körper angelangt sind, an der dasMedikament angewendet werden soll(z.B. in der Nähe eines Tumors), wer-den sie durch Ultraschall zum Zerplat-zen gebracht, so dass eine schonendeund gezielte Verabreichung möglichist.

AnsprechpartnerDipl.-Ing. Peter WeberTelefon: +49 (0) 6894/[email protected]



– Signal-Processing-Werkzeuge– Hardware-Komponenten für die

Kommunikationselektronik– Elektronik

AnsprechpartnerDipl.-Ing. Peter WeberTelefon: +49 (0) 6894/[email protected]

– akustische Bildsysteme– hochfrequenter Ultraschall

50 MHz - 2 GHz– akustische Mikroskopie (SAM)– Computertomographie (2-D, 3-D)– Ultraschall-Therapiesysteme

(energiereicher Ultraschall)– Ultraschall-Sensorsysteme für die

Therapie-Kontrolle (minimalinvasiveChirurgie, laserinduzierte Thermotherapie)

– Navigationssysteme– Doppler-Monitore (Blutströmungs-

überwachungssysteme, Fluss- undVolumenflussmessung

– Gewebe- und Materialcharakterisie-rung mit Hilfe des quantitativenUltraschalls

– Ultraschall-Sensorsysteme für dieProzess-Überwachung und -Steue-rung (Wasser-, Abwasser, Wärme-zähler, Partikeldetektion und -analyseim µm-Bereich, Ultraschall-Resonanz-Spektrometer zur Größen-bestimmung von Mikroblasen)

– Füllstandsmessungen– Luftschall-Sensorik (3-D-Oberflächen-

Scanner, Volumenbestimmung undPositionsdetektoren)

– Signalverarbeitung– Bildverarbeitung– Hard- und Software-Entwicklung

AnsprechpartnerDr. Robert LemorTelefon: +49 (0) 6894/[email protected]

Ultraschall-Systementwicklung

Biomedizinische Ultraschall-forschung




– Durchführung von Machbarkeits-und Konzeptionsstudien für Ultra-schall-Sensoren und -Systeme

– Spezifizierung, Entwicklung und Prototypenherstellung von Low-Cost-Luftschall-Sensoren

– Spezifizierung, Entwicklung und Prototypenherstellung von High-End-Luftschall-Sensoren (hohe Band-breite, hohe Mittenfrequenz, Miniaturisierung)

– Durchführung von elektromechani-schen Messungen und Entwicklungvon Messtechnik für Luftschall-Sensoren

– Spezifizierung, Entwicklung und Pro-totypenherstellung von benetzendenUltraschall-Wandlern für den kosten-günstigen und den High-End-Bereich

– Spezifizierung, Entwicklung und Pro-totypenherstellung von Ultraschall-Wandlern für die Durchflussmessung

– Spezifizierung, Entwicklung und Prototypenherstellung von Clamp-on-Ultraschall-Wandlern

– Spezifizierung, Entwicklung und Pro-totypenherstellung von Ultraschall-Wandlern mit Trockenankopplung

– Spezifizierung, Entwicklung und Pro-totypenherstellung von Ultraschall-Arrays (linear, phased, 2-D-, flüssige,feste und gasförmige Medien)

– piezoelektrische Messtechnik– Auslegung und Realisierung von

Piezoaktoren und entsprechendenSystemen

– aktive und passive Schwingungs-dämpfung mit piezoelektrischenKomponenten

– Systeme zur Durchflussmessung vonFlüssigkeiten, Gasen und Mehrpha-senmedien (Speckle-Tracker, Laufzeit-differenz, Doppler)

– Systeme zur Charakterisierung vonStrömungsprofilen

– Systeme zur Abstands- und Pegel-messung (Clamp-on, integriert,berührungslos)

– Entwicklung von Leistungsschall-Systemen

AnsprechpartnerDipl.-Ing. Christian DegelTelefon: +49 (0) 6894/[email protected]

Sensorfertigung

– Entwicklung von Fertigungstechnikfür Ultraschall-Sensoren

– Fertigungstechnik für Low-Cost-Ultraschall-Einzelelement-Wandlerfür die Einsatzgebiete Festkörper,Flüssigkeiten und gasförmige Medien

– Entwicklung von Fertigungstechnolo-gien für Ultraschall-Sensoren für denHochtemperatur-Bereich

– Fertigungstechnik für ein- und zwei-dimensionale Transducer-Arrays fürmedizinische und technische Anwen-dungen

– Herstellung von Piezo-Composite-Materialien (Standard, »Full-Custom«-spezifiziert)

– Null- und Kleinserienfertigung vonUltraschall-Sensoren, insbesonderefür den industriellen Anwendungs-bereich (Prozesssensorik)

AnsprechpartnerDr. Frank TiefenseeTelefon: +49 (0) 6897/[email protected]

Piezosysteme & Entwicklung


registrierung nur schwer eine Genauig-keit < 1mm erreicht werden. DieseTechnik ist zudem nicht echtzeitfähig,bedarf eines hohen Zeitaufwandes undist aufgrund der Strahlenbelastung eininvasives Verfahren.

Aufgabe

Eine Alternative zu diesem Standard-verfahren stellt der Einsatz von intra-operativem Ultraschall als nichtinvasi-ves Verfahren zur Planung, Registrie-rung und Navigation dar. Da Standard-Ultraschallsysteme in der Regel für dieWeichgewebediagnostik ausgelegtsind, können diese nur bedingt zurexakten Schichtdickenbestimmung(Genauigkeit < 1mm) an der Schädel-kalotte eingesetzt werden. Es war alsonötig, ein an die akustischen Eigen-schaften der Schädelkalotte angepass-tes Ultraschallsystem und ein speziellesAuswerteverfahren zu entwickeln, dasdiese Anforderungen erfüllt.

Lösung

Nach Bestimmung der relevanten akus-tischen Parameter (Schallgeschwindig-keit, akustische Impedanz, frequenzab-hängige Dämpfung) an humanen Pro-ben, wurde am Fraunhofer IBMT in derAbteilung Ultraschall ein an diese Para-meter angepasstes Ultraschallsystementwickelt und aufgebaut. DiesesSystem (SonoPointer®, Abbildung 2)besteht aus einem Handstück, in demder Transducer integriert ist, und einerElektronik (SEM II). Das Sende-Em-pfangs-Modul II (Abbildung 3) ist eineinkanaliges Ultraschallgerät, welchesin einen Standard-PC integriert ist undüber einen Ultraschallsender mit freieinstellbarer Sendefrequenz (0,5 – 40MHz), einem integrierten Waveform-generator (D/A-Wandler 12 Bit / 100


Situation

Beim überwiegenden Teil von Eingrif-fen am Schädel (Kraniotomie, Trepana-tionen, Mastoidektomie, Fräsen vonImplantatlagern für Cochlea-Implanta-te oder Hörgeräte, siehe Abbildung 1)ist es notwendig, die Dicke der Schä-delkalotte am Operations-Situs, zurVermeidung von Duraläsionen oderImplantationsfehlern, so genau wiemöglich zu kennen. Zur Planung, intra-operativer Registrierung des Patientenund Navigation dieser Eingriffe werdenzunehmend optische oder elektroma-gnetische Navigationssysteme, die mitpräoperativ erfassten CT-Datensätzenarbeiten, eingesetzt. Mit diesen Syste-men kann bei der Eingriffsnavigation inAbhängigkeit des aufgenommenen CT-Datensatzes, des eingesetzten Systemsund der intraoperativen Patienten-

Biomedizinische Ultraschallforschung

Highlight: Ultraschall zur Navigation inder Schädelbasischirurgie

Abbildung 1: Gefrästes Implantatlager (links), integriertes Implantat (rechts).

Abbildung 2: SonoPointer®.



MHz) zur Erzeugung von frei program-mierbaren Sendeformen (z.B. Chirps,Barker, Burst, Golaycodes) und eineSendespannung von 0 - 160 Vpp (Last50 Ohm) verfügt. Der Empfängerbesitzt eine analoge Bandbreite von 10 kHz - 40 MHz, einen Dynamik-bereich von bis zu 80 dB bei frei pro-grammierbarem TGC. Digitalisiert wer-den die empfangenen Signale mit 12 Bit Auflösung und einer Sampleratevon 100 MHz. Die eingesetzte Soft-ware basiert auf C++ und LabView -Komponenten. Mit diesem System, dasdie ungefilterten HF-Daten in Echtzeitzur Verfügung stellt, konnten spezielleHF-Signalverarbeitungsalgorithmen(coded excitation, matched filter) zurexakten Schichtdickenbestimmung derKalotte eingesetzt werden. Durch Kop-pelung des SonoPointer®s mit einemTrackingsystem zur Positionserfassungim Raum können ganze Kalottenprofileerfasst werden (Abbildung 4).

Potenzial

Durch eine Miniaturisierung der Elek-tronik und der Integration in das Sono-Pointer®‚ - Handstück kann mit demSystem die Schichtdicke direkt aufeinem im Griff integrierten Displayanzeigt werden. Zur schnelleren Erfas-sung größerer Gebiete wird der Sono-Pointer® durch Integration eines amIBMT entwickelten 2-D-Array als Trans-ducer zum Sono-Array-Stick® (Abbil-dung 5) erweitert. Durch geringfügigeAnpassungen können diese auch inanderen medizinischen Applikationen(z.B. Orthopädie) und im industriellenBereich (z.B. zerstörungsfreien Materi-alprüfung) eingesetzt werden.

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. (FH) Steffen H. TretbarTelefon: +49 (0) 6894/[email protected]

Projektkoordinator/Klinischer Partner

Klinik und Poliklinik für Hals-Nasen-Ohrenheilkunde, Zentrum für SchädelbasischirurgieProf. Dr. med. P.K. PlinkertDr. med. P.A. FederspilUniversitätsklinken des Saarlandes,Homburg /Saar

Abbildung 3: PC-basiertes Ultraschall Sende-Empfangs-Modul II.

Abbildung 4: Mittels Ultraschall vermesse-nes Profil eines Abschnitts der Schädel-kalotte.

Abbildung 5: Sono-Array-Stick®.


– vollparametrische 3-D-CAD-Systeme(Pro/Engineer )

– Messtechnik: Pygnometer, 3-D-Schallfeld-Scanner, Impedanzmess-platz, Spezialmesssoftware für denEntwicklungsbereich, Rauheitsmess-platz

– Verbindungstechnik Sensortechnik:Lateral-Move-Klebesandwicher, Löt- und Bondtechnologie

– Bauteilvorbereitung: Innenloch-Dia-mantkreissäge zum Direktschneidenvon Präzisionsbauteilen, Vakuum-rührgerät zu Vergusszwecken, Läppmaschine


Ultraschall

– Phased Array- und Linear Array-Ultra-schall-Entwicklungssysteme

– Bestückungstechnik: SMD-Feinpitch-bestückung

– Single Element, Phased- und LinearArray-Ultraschall-Systeme

– Akustisches Mikroskop – Doppler-Systeme– Ultraschall-Labor– Verbindungstechnik Elektronik:

Mikrolötstation, Schwall-Lötanlage,Reflow-Lötanlage

– Durchflussmesstechnik: Labormess-stände für Durchflüsse (SpeckleTracking, Laufzeitdifferenz; flüssig: 7 m/s, DN 50/100/200; Gas: variabelbis 30 m/s, DN 200)

– Ultraschalluniversalmessplatz fürindustrielle Anwendungen (Beton,Stahl, Kunststoffe)

– Kryostatmessplatz für Sensorcharak-terisierung und Zero-Flow-Messungen

– SPS-Entwicklungsplatz (Siemens S 6)– 8 Kanal Laufzeitdifferenz-Mess-

system für Luftschallanwendungen– Computerunterstützte Entwicklungs-

umgebung für Elektronikboards(ORCAD)

– DSP- und Microcontroller Entwick-lungsumgebung (Microchip, Motorola)

– FPGA-Entwicklungsumgebung– Entwicklungssystem für industrielle

Bildverarbeitung (Lage, Position,OCR, Patternmatching)

Ausstattung



Sensorfertigung

– Fertigungsanlage für Ultraschall-Sen-soren in kleiner und mittlerer Stück-zahl

– CNC-Flachbettschleifmaschine (Ziersch & Baltrusch)

– Präzisionsläpp- und Poliermaschinen(Wolters)

– CNC-Universalfräsmaschine (MikronUM 600); Arbeitsbereich (AB):600x500x450 mm

– CNC-Werkzeugfräsmaschine (KorradiUW 10 CNC); AB: 500x300x400 mm

– CNC-Drehzentrum (Weiler DZ 32CNC); Drehdurchmesser 100 mm,Drehlänge 150 m, angetriebeneWerkzeuge

– CNC-Universaldrehmaschine (RaelMeka RT 5, zyklengesteuert); Querverstellung 200 mm, Längs-verstellung 600 mm, angetriebeneWerkzeuge

– Drehmaschine Colchester Master VS3250, Drehdurchmesser 1 - 300 mm,Drehlänge 650mm

– CNC-Hochpräzisions Trenn- und Pro-filschleifmaschine (Berney T38-4CNC), AB 160x220x120 mm, NC Rundtisch 360°, Schnittbreitemin. ca. 20 µm

– CNC-Diamantkreissägen (Disco DAD 321)

– CNC-Mikro Bohr-Fräs-Schleifmaschi-ne (Kern), AB 220x160x200 mm,schwenkbarer NC-Rundtisch, fünfachsig

– CNC-Laserschneid-Schweißeinrich-tung (Haas), YAG-Laser mit variablerOptik, Schnittbreite 60-200 µm,Schneiden von Keramik, Metallen,Hohlkörpern und Blechen, Material-stärke 5 µm - 2mm

– konventionelle Bohr-, Fräs-, Drehma-schinen (inkl. Rundschleifeinrichtung)

– Bandsägevollautomat, Sägebereich200 x 200 mm, Ablänggenauigkeit +– 0,1mm

– Sandstrahlanlagen– Gewindeschneidautomat– Motortafelschere– Prüfstand für statische und dynami-

sche Druckbelastbarkeit– Präzisionsdosieranlagen– 5-Becken-Ultraschall-Reinigungs-

anlage– Plasma-Reinigungsanlage– Strahlungsdruckwaage– Schallfeldvermessungsplatz– Impedanzvermessungsplatz– Insertion-Loss-Messplatz– Klimakammermessplatz– Zero-Flow-Messplatz– Temperaturschock-Messplatz– 3-Achsen-Messmikroskop inkl. Bild-

archivierung und -verarbeitung



Medizin-Telematik


– Medizinische Netze– Home Care

Highlight: IBMT-Technologie auf dem Vormarsch – weitere KVen schließen sich der D2D-Initiative an

Ausstattung

Bundesgesundheitsministerin Ulla Schmidt bei der Präsentation einesGesundheitskarten-Prototyps aus dem IBMT in Düren gemeinsam mitDr. Leonhard Hansen, zweiter Vorsitzender der KBV und Vorsitzenderder KV Nordrhein und dem Apotheker Küsgens aus Düren.



Mit dem Gesundheitssystem-Moderni-sierungsgesetz (GMG) vom November2003 hat die Bundesregierung dieWeichen gestellt für die beschleunigteEinführung von Telematik- und IT-Dien-sten im Gesundheitswesen. Bis 2006 –so will es das Gesetz – sollen inDeutschland die Voraussetzungengeschaffen werden, mit einer neuenGeneration von »Gesundheitskarten«Prozesse in der Gesundheitsversorgungzu optimieren, Verluste zu vermeidenund Gesundheitsrisiken auszuschalten.Die Vorgaben können mit Recht alsehrgeizig bezeichnet werden und ver-langen sowohl den Beteiligten derGesundheitsversorgung – Kassen undLeistungserbringern – aber auch derIndustrie als Technik-Zulieferer einextrem hohes Tempo bei Entschei-dungsfindungen und technischenUmsetzungen ab. Im Wechselspiel zwi-schen Bundesgesundheitsministeriumund den Einrichtungen der Selbstver-waltung (Kassen, Standesorganisatio-nen usw.) wird dabei Schritt um Schritteine Architektur entworfen, nach derin den Jahren 2005 und 2006 alle Versicherten und alle Beteiligten derGesundheitsversorgung mit neuenChipkarten ausgerüstet und die Ein-richtungen des Gesundheitswesensüber ein spezielles, hochsicheres Netz-werk untereinander verbunden werdensollen. Mit der Gesetzgebung hatte dieBundesregierung vorgelegt, die Selbst-verwaltung hatte einen ersten Pla-nungsauftrag ausgeschrieben, im Auf-trag des Gesundheitsministeriums

wurde eine »Rahmenarchitektur« ent-wickelt und seit Sommer 2004 arbeitetdie Selbstverwaltung an einer»Lösungsarchitektur«, bei der die neueGesundheitskarte und das elektroni-sche Rezept eine Schlüsselrolle spielensollen.

Die Fraunhofer-Gesellschaft ist an die-sen Prozessen gestaltend beteiligt. VierInstitute (IBMT, IAO, ISST und SIT)unterstützen in Zusammenarbeit mitmehreren Industrieverbänden die Gremien der Selbstverwaltung bei derErarbeitung von Lasten- und Pflichten-heften für die zu entwickelnden Syste-me. Das Fraunhofer IBMT bringt hierseine Erfahrungen und Ergebnisse auszehn Jahren Projektarbeit ein, die mitder zunehmend erfolgreichen Ver-marktung der KommunikationslösungPaDok® inzwischen große Resonanzfinden. Seit zwei Jahren nutzen Ärztein Nordrhein und in Nord-Württem-berg mit Unterstützung ihrer zuständi-gen KVen dieses System in zunehmen-dem Maße in der täglichen Arbeit.

AnsprechpartnerDipl.-Phys. Bertram BresserTelefon: +49 (0) 6894/[email protected]



– Vernetzung von Dienstleistungenund Dienstleistern des Gesundheits-wesens

– elektronische patientenbegleitendeDokumentation

– elektronische Fall-Patientenakte– Einbindung von Praxis- und Klinik-

Informationssystemen, Hausbasis-Stationen, medizinischen Geräten inmedizinische Kommunikationsnetz-werke

– medizinische Standards (DICOM 3.0,HL7, xDT, ICD10, XML, CDA, etc.)

– XML-basierende Gateways zwischenmedizinischen Standards

– Geronto-Sensorik– Telematiksysteme für häusliche

Versorgung von Patienten, Älterenund behinderten Menschen

– telematisches Vitalmonitoring imHausbereich

– Home-Care– Home-Teleservice

Ansprechpartner MedizinischeNetzeDr. Volker PaulTelefon: +49 (0) 6894/[email protected]

Ansprechpartner Home CareDipl.-Inform. Stephan KieferTelefon: +49 (0) 6894/[email protected]

Medizin-Telematik




Situation

PaDok®, ein vom Fraunhofer IBMT inden letzten fünf Jahren entwickeltesKonzept zur gesetzeskonformenDatenkommunikation im medizini-schen Bereich, wird seit über zwei Jah-ren erfolgreich von der KV Nordrheinunter der Bezeichnung »D2D – Doctor-to-Doctor« eingesetzt (s. Jahresbericht2001).Neue Entwicklungen im Gesundheits-wesen, wie zum Beispiel die Ein-führung von Disease-Management-Programmen für Schwerpunkt-Krank-heiten, bringen erhöhte Anforderun-gen an die medizinische und organisa-torische Dokumentation, aber auch anden verbesserten Informationsflusszwischen Ärzten, Krankenhäusern,Krankenkassen und beauftragten Qua-litätssicherungstellen mit sich.

Nutzung beginnt sich zu lohnen -Chance auf Wirtschaftlichkeit

War bisher die Nutzung elektronischerÜbertragungsmöglichkeiten für Arzt-briefe, Überweisungen, Befunde undÄhnliches eher ein Metier begeiste-rungsfähiger Avantgardisten unter denÄrzten, so zeichnet sich gegenwärtigeine Entwicklung ab, die elektroni-schen Datenaustausch auch unter wirt-schaftlichen Aspekten interessant wer-den lässt. Im Rahmen der Reformen inder gesetzlichen Gesundheitsversor-gung gibt es inzwischen einen weitge-henden Konsens, dass die vor allemauf Kostenträgerseite (also bei denKrankenkassen) entstehenden Vorteileelektronischer Datenerfassung und -übermittlung an die Informationsliefe-ranten – in der Regel Ärzte – anteiligweitergegeben wird. Vereinbarungenzwischen den Krankenkassen und denKVen sollen regeln, dass zum Beispielein Arzt für jedes elektronisch übermit-telte Rezept als Ausgleich für den not-wendigen technischen und organisato-rischen Aufwand einige Cent als Rück-

Voraussetzungen geschaffen hat, dassdie in der Arztpraxis elektronischerzeugten Berichte auch tatsächlichper Datenleitung übermittelt und inder Datenannahmestelle ausgewertetwerden können.Schließlich konnte auch bezüglich derPraxis-Softwarehäuser, die ihre Syste-me mit geeigneten Schnittstellen aus-rüsten, ein großer Fortschritt erreichtwerden. Mit dem Anbieter des größtenWettbewerbs-Produktes wurde eineVereinbarung getroffen, beide Systemekompatibel zu machen und damitUnsicherheiten bei den potenziellenAnwendern auszuräumen. Außerdemkonnten zwei der größten Softwarean-bieter in diesem Markt gewonnen wer-den, ihre Systeme anzubinden.

Medizin-Telematik

Highlight: IBMT-Technologie auf dem Vormarsch –weitere KVen schließen sich der D2D-Initiative an

Abbildung 1: Trusted-Pocket-Signer –mobiles Signiergerät z.B. für Arztpraxen,als Prototyp ausgestellt auf der CeBIT2004 in Kombination mit PaDok.

vergütung bekommt. Ein weitererAnreiz ergibt sich aus neuen Versor-gungsmodellen, bei denen zum Zweckder Qualitätssicherung eine sehrumfangreiche Dokumentation erfor-derlich ist. Diese sogenannten Disease-Management Programme (DMP), diederzeit auf fünf weit verbreitete Volks-krankheiten ausgerichtet sind, bietenneue Finanzierungs- und Vergütungs-modelle, die es gestatten, die zur Qua-litätssicherung zweifelsfrei sinnvolleelektronische Dokumentation bei denÄrzten auch entsprechend zu vergü-ten. Daneben ist aber auch die (ver-pflichtende) Dokumentation selbst soaufwändig, dass bei den Ärzten inzwi-schen selber die Forderung nach elek-tronischer Unterstützung laut gewor-den ist und ständig zunimmt. Wichtigwar hier, dass eine der zentralen»Datenannahmestellen« für die DMP-Berichte diesen Weg mitgegangen istund bis zum Herbst die technischen



Start des zweiten KV-Servers imOktober

Bereits Ende 2003 hatte die Kassen-ärztliche Vereinigung Nord-Württem-berg begonnen, ihre Ärzte zur Nut-zung des D2D-Kommunikationssys-tems zu ermuntern. Seitdem habenetwa 100 Ärzte im Nord-Württember-ger KV-Bereich begonnen, elektronischDaten auszutauschen. Als Übergangs-lösung hatte die KV Nordrhein, diebereits seit zwei Jahren einen D2D-Ser-ver für ihre Ärzte betreibt, diesen auchfür Ärzte anderer KVen angeboten. Mitder zunehmenden Anzahl von Nutzernund angesichts der positiven Rückmel-dungen von den Anwendern hat dieKV Nord-Württemberg inzwischen dennächsten Schritt getan und den Auf-bau eines eigenen D2D-Servers inAngriff genommen. Dieser ist AnfangOktober in Betrieb genommen wor-den.

Ausgezeichnete Resonanz auf Messen

PaDok bzw. D2D sowie darauf basie-rende Applikationen wurden im Laufedes Jahres 2004 auf mehr Messengezeigt als je zuvor. In Verbindung mitdem so genannten »Trusted Pocket-Signer«, dem Ergebnis eines gemeinsa-men Förderprojektes mit dem SITDarmstadt sowie den Firmen Kobil undSRC, wurde PaDok auf der CeBIT 2004gezeigt. Neben dem Trusted Pocket-Signer als mobiler Signaturkomponen-te wurde dabei erstmals öffentlich eine

Abbildung 2: TPS-Stand auf der CeBIT 2004.



Medizin-Telematik

– Hardwareplattformen neben Stan-dard-PCs vor allem HP, SUN, DELLund SGI Rechner (Arbeitsplatzrechnerund Server)

– Video-Conferencing-Systeme ver-schiedener Bandbreite und Qualitätfür unterschiedliche Einsatzgebiete

– Geräte zum Monitoring von Vital-parametern, auch online

– Kommunikationseinrichtungen zumdrahtlosen kontinuierlichen Patien-ten-Monitoring

– Softwarewerkzeuge zur Generierungvon Präsentationen, auch online

– Mikrocontroller-Entwicklungsplätze– Softwareentwicklungswerkzeuge für

Java, Datenbanken (Oracle, SQL-Server), C/C++, …

Kombination aus elektronischem Arzt-ausweis, elektronischer Gesundheits-karte und einem Patienten-Terminalgezeigt, mit dem der Patient selbstbestimmte Informationsflüsse steuernkann. Auch wenn die eingesetztenKarten noch Demonstrator-Niveau hat-ten, konnten die Grundansätze, aberauch die absehbaren Probleme solcherLösungen anschaulich demonstriertwerden. Im Juni wurde diese Lösungeiner sehr interessierten Fachöffentlich-keit auf der neu ins Leben gerufeneniTEG-Messe in Frankfurt präsentiert.Die gemeinsame Demonstration miteinem Anbieter von Praxis- und einemvon Apotheken-Softwarelösungen wareines der Highlights der Messe. ImHerbst wurde dasselbe System nocheinmal auf der Pharma- und Apothe-ken-Messe ExpoPharm in Münchengezeigt und natürlich war die Medica2004 wieder – diesmal mit wesentlichmehr Kooperationspartnern – derHöhepunkt der Messeauftritte.

Ansprechpartner

Dr.-Ing. Volker PaulDipl.-Phys. Bertram BresserTelefon: +49 (0) 6894/980-300; [email protected]@ibmt.fraunhofer.de

Ausstattung



Injektion von Nanopartikeln in die Blutbahn.

Computerunterstützte Simulationen


– Computerunterstützte Simulationen

Highlight: Die Kunst der Visualisierung

Ausstattung



Hochleistungs-Desktop-Computersowie immer breitere und bessere Aus-stattung mit Software und Simula-tionsprogrammen verführen zurEuphorie im Bereich des computerun-terstützten Designs und der Bauteile-optimierung: Man nehme Zeichnungenund Modelle, die nach Stand der Tech-nik in 3-D-CAD-Programmen (Compu-ter Aided Design) erstellt werden,überführe sie auf Knopfdruck in einBerechnungsprogramm und in kürzes-ter Zeit liegen Ergebnisse vor, anhandderer man die Qualität eines Entwurfesbeurteilen und somit optimieren kann.Bei dem Versuch, hochkomplexe inter-disziplinäre Modelle aus dem BereichMikrosystemtechnik, Biotechnologieund physikalische Messtechnik detail-getreu zu implementieren, stößt manjedoch recht schnell an die Grenzendieses Automatismus.

Unterschiedliche Skalen sind die Ursa-che für sehr viele Probleme: Strukturenim Bereich Nanometer (10-9 m) sindrelevant für die physikalisch-chemischeFunktion und müssen mit hoher Orts-auflösung berechnet werden. Sie kön-nen aber nicht losgelöst von ihrerUmgebung betrachtet werden, diePeripherie ist in der GrößenordungMikrometer (10-6 m) bis zu mehrerenMillimeter (10-3 m). Die Modellierung

und Berechnung erfordert damit mehrals eine automatische Übertragung von3-D-Modellen in ein Simulationspro-gramm. Eine nachvollziehbare Präsen-tation von Ergebnissen ist eine weitereSchwierigkeit. Es ist notwendig, das zuberechnende makroskopische Objektmit seinem Wiedererkennungswert aufder einen und das zu optimierendeDetail mit Abmessungen im Mikro-oder Nanometer-Bereich auf der ande-ren Seite zusammenzubringen.

Die Methode, die am Fraunhofer IBMTgepflegt wird, ist die sorgfältigeModellerstellung mit Detaillierung derrelevanten Bereiche, problemorientier-te Abstraktion der physikalischen Inter-aktionen auf das Notwendige und ziel-gruppenorientierte Präsentation derErgebnisse unter Zuhilfenahme von 3-D-Animationen. Durch diese Art derAbstraktion ohne Verlust des Bezugeszum realen Objekt ist es möglich,umfangreiche Optimierungsaufgabenmit einem minimierten Aufwand anRessourcen für den Auftraggebertransparent durchzuführen.

AnsprechpartnerDipl.-Phys. Daniel SchmittTelefon: +49 (0) 6894/[email protected]



– Computerunterstützte Entwicklungund Test von Ultraschall-Wandlern

– Computerunterstützte Entwicklungvon Test-Ultraschall-Arrays

– Schallfeldberechnungen– Optimierung von Ultraschall-Senso-

ren und -Systemen– Computerunterstützte Entwicklung

und Test von Gradientenspulen– Computerunterstützte Entwicklung

von Test-Gradientenspulen-Arrays– EM-Feldberechnungen– Computerunterstützte Entwicklung

und Test von MEMS– Strömungsberechnungen– gekoppelte Strömungs-Akustik-

Berechnung– Festigkeitsanalysen und -berechnun-

gen– FEM-basierte Bauteileoptimierung– Simulation von Mikrofluidikbauele-

menten und -systemen– Temperaturberechnungen– 3-D-Visualisierung und Animation in

Biologie, Chemie, Physik, Medizinund Technik

– Medizinische Bildverarbeitung und 3-D-Rekonstruktion

AnsprechpartnerDipl.-Phys. Daniel SchmittTelefon: +49 (0) 6894/[email protected]



Befüllen und Assemblierung eines Kryosubstrats.



Situation

Wann immer Details dem menschli-chen Auge verborgen bleiben undkomplexe, interdisziplinäre Vorgängeveranschaulicht werden müssen,schlägt die Stunde der wissenschaftli-chen Visualisierung. Gemeint ist damitdie Symbiose zwischen der Scheinweltder 3-D-Animation, wie sie nichtzuletzt aus aktuellen Kinofilmen jeder-mann bekannt ist, und fundiert natur-wissenschaftlicher Modellierung undSimulation. Die Welt der Nanobiotech-nologie ist dafür ein ideales Anwen-dungsgebiet. In der ArbeitsgruppeComputerunterstützte Simulationendes Fraunhofer IBMT ist in den vergan-genen Jahren in stetiger Interaktionmit den entsprechenden experimen-tellen Gruppen des Hauses eine Kern-kompetenz geschaffen worden, die invielen Projekten zur Veranschaulichungvon Ideen und Designs, aber auch zurPräsentation wissenschaftlicher Ergeb-nisse eingesetzt wird.

Aufgabe

Für den Film »Das Saarland: DeutschesExzellenz-Zentrum für Nanobiotechno-logie« im Auftrag des SaarländischenMinisteriums für Wirtschaft wurdediese Expertise für einen Imagefilm ein-gesetzt. Aufgabe war es, die verschie-denen real gedrehten Elemente des Fil-mes, so zum Beispiel Moderationsteile,Interviews und Aufnahmen aus Labors,quasi als Klammer zu umfassen undzwischen diesen überzuleiten. Die Ani-mationen wurden über eine starkevisuelle Sprache eingesetzt, um kom-plexe Sachverhalte spielerisch zuerklären.

Realisierung

In Absprache mit dem Regisseur wurdeein Drehplan erstellt, der die Verbin-dung der einzelnen Szenen widerspie-gelt und als Pflichtenheft für die Ani-mationen dient. Anfangs- und Endein-stellungen werden dort festgelegt, des


Highlight: Die Kunst der Visualiserung

Aggregation von Zellen in einem dielektrischen Feldkäfig.



Weiteren der Inhalt und die Länge derSequenz. Für die 3-D-Modellierungkonnte auf vorhandenes Materialzurückgegriffen werden, zum Großteilwurden jedoch neue Modelle nachHandskizzen erstellt oder 3-D-CADZeichnungen verwendet. Dazu wurdenim Visualisierungsprogramm 3-D-Stu-dio MaxTM entsprechende Modelleerstellt, aus deren Animation entstan-den hochauflösende Filmsequenzen inVideo und DVD-Qualität. Diese könnenmit dem Video-SchnittprogrammAdobe PremiereTM an leistungsfähigenGraphikworkstations bearbeitet undauf digitalem Wege dem Schnittcom-puter des Regisseurs und Cutters zurVerfügung gestellt werden. Diesermöglicht eine enge Zusammenarbeitund eine schnelle Interaktion bei derZusammenstellung des Filmes.

Potenzial

Der Workflow von Handskizzen oder3-D-CAD-Modellen über 3D-StudioMaxTM Animationen in ein digitalesVideoschnittsystem ermöglicht dieschnelle Produktion hochqualitativerFilmsequenzen in Video- und DVD-Qualität. Damit ist es möglich, eigeneForschungsergebnisse und Ideenanschaulich darzustellen, aber auch imAuftrag Visualisierungen für wissen-schaftliche Filmprojekte, Messeauftritteund Werbung herzustellen.

Projektdurchführung

Dipl.-Phys. Daniel SchmittHiltrud GörgenKatja Langholz

Ansprechpartner

Dipl.-Phys. Daniel SchmittTelefon: +49 (0) 6894/[email protected]

Virtueller Flug durch die Kryobank Eurocryo Saar.

Nanobeschichtung von Krankenhauseinrichtung.




– hybride Rechnerumgebung unterUNIX/Linux und Windows mit denfolgenden Softwaretools: ANSYSTM (FEM-Code), CFDRCTM

(FEM-Code), FlotranTM (FEM-Code),ModulEF (FEM-Code), FlexPD (FEM-Code), ProEngineerTM (Standard CAD-Code), SolidWorksTM (Standard CAD-Code), AutoCADTM (Standard CAD-Code), PiezoCadTM (Design von Ultra-schallwandlern auf der Basis desKLM-Modells), MathematicaTM,SCALP (Eigenentwicklung zurBerechnung der transienten Ausbrei-tung akustischer oder elektromagne-tischer Wellen), LabViewTM (Signal-analysecode), 3D-Studio MAXTM

(Visualisierung und Animation kom-plexer physikalischer und technischerVorgänge), Evoluti (Eigenentwicklungzur Optimierung auf der Basis geneti-scher Algorithmen), AMIRATM (3-D-Bildverarbeitung und Rekonstruktion)

Ausstattung

Virtueller Zusammenbau einer Mikrofluidik-Messzelle.



Biomedizinische Kompetenzzentren


– European Center of Competence for Biomedical Microdevices (MEDICS)– Medizintechnisches Kompetenzzentrum für Miniaturisierte Monitoring-

und Interventionssysteme (MOTIV)– Kompetenzzentrum cc-NanoChem

Highlight: Kompetenzzentren für Biomedizintechnik am IBMT

Ausstattung

Zellen auf Silizium - Schnittstelle technisches Mikrosystem mit biologischem System.



Der Markt für Biomedizintechnikbeläuft sich auf rund 180 Milliarden €jährlich, wird von den USA, Europaund Japan dominiert und zeichnet sichdurch Stabilität mit konstantenZuwachsraten aus. Trotz dieser offen-sichtlichen Attraktivität stellt sich derMarkt für Biomedizintechnik alsäußerst komplex und schwierig dar. ImSpannungsfeld zwischen ständiger Ver-besserung der Patientenversorgung beizunehmender Kosteneinsparung, nied-rigen Stückzahlen bei hohen Qualitäts-anforderungen, langen Entwicklungs-zeiten bei zunehmender Innovations-geschwindigkeit, aufwendigen Zulas-sungsregularien und starker Multidiszi-plinarität müssen insbesondere in For-schung und Entwicklung große Her-ausforderungen gemeistert werden.Mikro-, Nano- und Biotechnologien,aufgrund ihrer enormen Möglichkeitenoft als Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts bezeichnet, bietengroßes Potenzial, um diesen komple-xen Anforderungen zu begegnen. Soist in den letzten Jahren die Nutzungdieser neuen Technologien weit voran-geschritten: Die Kapselendoskopie inder Dünndarm-Diagnostik, die Nut-zung von Nanopartikeln für dieBehandlung von Patienten in derTumor-Therapie sowie die Verbreitungvon Aktiven Implantaten zur Behand-lung von Epilepsie oder Parkinson inder Rehabilitation sind nur einige Bei-spiele, die dies eindrucksvoll belegen.Allein die Nutzung neuer Technologienist noch kein Garant für die Entwick-lung und Herstellung erfolgreicher bio-medizintechnischer Produkte undAnwendungen. Vielmehr ist eine stän-dige Bewertung von Nutzen und Risi-ken notwendig. Dies ist nur durch eininterdisziplinäres Team von Experten zubewerkstelligen.

Die Arbeitsgruppe »KompetenzzentrenBiomedizintechnik« am FraunhoferIBMT ist spezialisiert auf neue Techno-logien im Anwendungsbereich der Bio-medizintechnik. Sie unterstützt Mittel-stand, Industrie, öffentliche Auftragge-ber sowie Banken und Investoren beider Lösung vielfältiger Fragestellungen.

Ansprechpartner European Centerof Competence for BiomedicalMicrodevices (MEDICS)Dipl.-Ing. Andreas SchneiderTelefon: +49 (0) 6897/[email protected]

Ansprechpartner Medizintechni-sches Kompetenzzentrum fürMiniaturisierte Monitoring- undInterventionssysteme (MOTIV)Dipl.-Biol. Jochen SchmidtTelefon: +49 (0) 6897/[email protected]

Sprecher MOTIV:Prof. Dr. Günter R. FuhrTelefon: +49 (0) 6894/[email protected]

Ansprechpartner Kompetenzzentrum Nanotechnologie (cc-NanoChem)Dipl.-Biol. Jochen SchmidtTelefon: +49 (0) 6897/[email protected]



– Mikro- und Nanotechnologien fürbiomedizinische Anwendungen

– Technologieberatung– Machbarkeitsstudien und Konzept-

bewertung– Technologie-, Patent- und Markt-

recherchen– Vermittlung industrieller und wissen-

schaftlicher Partner– Beantragung, Finanzierung &

Koordination von FuE-Projekten– Unabhängiges Projektmanagement– Unterstützung bei Unternehmens-

gründungen– Unterstützung bei Zulassungsfragen

(MPG, MDD, FDA)– Internet Informationsdienst-

leistungen– Workshops & Schulungen

Ansprechpartner European Centerof Competence for BiomedicalMicrodevices (MEDICS)Dipl.-Ing. Andreas SchneiderTelefon: +49 (0) 6897/[email protected]

Ansprechpartner Medizintechni-sches Kompetenzzentrum fürMiniaturisierte Monitoring- undInterventionssysteme (MOTIV)Dipl.-Biol. Jochen SchmidtTelefon: +49 (0) 6897/[email protected]

Ansprechpartner Kompetenz-zentrum Nanotechnologie (cc-NanoChem)Dipl.-Biol. Jochen SchmidtTelefon: +49 (0) 6897/[email protected]

Biomedizinische Kompetenzzentren




Situation

Der Stellenwert der Arbeitsgruppe»Biomedizinische Kompetenzzentren«und des Fraunhofer IBMT in der Bio-medizintechnik wird durch die Ernen-nung zu den folgenden europäischenund nationalen Kompetenzzentrenunterstrichen:– Koordination des European Compe-

tence Center for Biomedical Micro-devices »MEDICS« im Auftrag derEuropäischen Union www.medics-network.com.

– Koordination des Kompetenzzen-trums »MOTIV« – MiniaturisierteMonitoring- und Interventionssystemeim Auftrag des Bundesministeriumsfür Bildung und Forschung BMBFwww.motiv-medtech.de.

– Mitarbeit im BMBF-Kompetenzzen-trum für chemische Nanotechnologie»cc-NanoChem« www.cc-nanochem.de.

Angebote

Technologieberatung – Fragen Sie ExpertenDas multidisziplinäre Kernteam derArbeitsgruppe »KompetenzzentrenBiomedizintechnik« am FraunhoferIBMT besteht aus Biologen, Bionikern,Medizintechnikingenieuren und Wirt-schaftswissenschaftlern. Darüber hin-aus besteht Zugriff auf ein internatio-nales Netzwerk von Spezialisten inunterschiedlichen Technologie- undAnwendungsbereichen.

Die Arbeitsgruppe bietet Dienstleistun-gen im Umfeld von Forschung undEntwicklung biomedizintechnischerProdukte und Anwendungen an.Neben Projektbeantragung, unabhän-gigem Projektmanagement, Vermitt-lung von Projektpartnern und Unter-stützung in Zulassungsfragen stellt ins-besondere die Technologieberatungeine wichtige Expertise der Kompetenz-zentren dar. Technologieberatungumfasst hierbei Machbarkeits- undMarktstudien, Konzeptbewertung und-beratung sowie technische Recher-chen und Patentrecherchen.

Anhand einer Fallstudie werden Vorge-hensweise und Ablauf eines Bera-tungsprojektes am Fraunhofer IBMTbeispielhaft dargestellt.

Fallstudie einer Technologiebera-tung im Auftrag eines Industrie-kundenZiel der Technologieberatung ist dieUnterstützung eines Industriekundenbei der Bewertung einer neu ent-wickelten Fertigungstechnologie undbei der Identifizierung möglicherAnwendungsfelder in der Biomedizin-technik.

Der Erstkontakt zum Industriekundenwurde durch einen Partner innerhalbdes internationalen Netzwerks derArbeitsgruppe »KompetenzzentrenBiomedizintechnik« hergestellt.

Monat 1:Kontaktaufnahme des Kunden mitMitarbeitern der Kompetenzzentrenam Fraunhofer IBMT. Erstes Treffenbeim Kunden zur Diskussion der Pro-blemstellung und Ziele sowie Möglich-keiten einer Unterstützung durch dasFraunhofer IBMT.

Monat 2:Abschluss der Angebotserstellung. DasAngebot enthält die Punkte Ausarbei-tung eines Beratungskonzeptes,Durchführung von Experteninterviews,Erstellung eines Ergebnisberichts sowie

Highlight: Kompetenzzentren für Bio-medizintechnik am IBMT

Highlight: Kompetenzzentren für Biomedizintechnik am IBMT



Abschlusspräsentation mit Diskussionder Ergebnisse und der weiterenSchritte beim Auftraggeber.

Monat 3:Auftragserteilung des Industriekundenund Auftragsbestätigung durch dasFraunhofer IBMT.

Monat 3-5:Bearbeitung des Industrieauftrages.Die zu untersuchende Technologiewird in einer kurzen Präsentation, diein Abstimmung mit dem Auftraggebererarbeitet wurde, dargestellt undanschließend mit ausgewählten Exper-ten unterschiedlicher Fachrichtung diskutiert. Insgesamt werden 24 Exper-teninterviews durchgeführt. In denExperteninterviews werden die folgen-den Punkte diskutiert und schriftlichfixiert:

Bewertung der Stärken, Schwächensowie Erarbeitung der Alleinstellungs-merkmale der Technologie.

Diskussion möglicher Anwendungsfel-der und deren Potenzial. Insgesamtwerden über 20 verschiedene Anwen-dungsfelder in der Biomedizintechnikbeleuchtet sowie mögliche Spin-offsnichtbiomedizintechnischer Art erar-beitet.

Erörterung wesentlicher Industriean-bieter und Endkunden.

Diskussion möglicher Zugangswege zuden angesprochenen Industriezweigenund Endkunden.

Die Inhalte der Expertenbefragungwerden anschließend mit Recherchensowie Sekundärliteratur untermauert.Im Endbericht werden alle Ergebnisseund Recherchen der Technologiebera-tung prägnant dargestellt sowie Em-pfehlungen zur weiteren Vorgehens-weise abgegeben.

Monat 5:Abgabe des Ergebnisberichtes.

Monat 7:Ergebnispräsentation beim Kunden mitanschließender Diskussion der Ergeb-nisse, der notwendigen Maßnahmenund der weiteren Vorgehensweise undZusammenarbeit.

Monat 9:Eingang des Folgeauftrags des Indus-triekunden.

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Andreas SchneiderKompetenzzentren BiomedizintechnikIndustriestraße 566280 SulzbachTelefon: +49 (0)6897/[email protected]



Ausstattung

Räumlichkeiten und Mitarbeiter der Kompetenzzentrendes IBMT.

Kompetenzzentren Biomedizin-technik

– Interdisziplinäres Team, bestehendaus Biomedizintechnik-, Wirt-schaftsingenieuren und Biologen

– Europäisches KompetenzzentrumMEDICS – Biomedizinische Mikro-produkte

– Kompetenzzentrum MOTIV – Minia-turisierte Monitoring- und Inter-ventionssysteme

– Kompetenzzentrum cc-NanoChem – Chemische Nanomaterialien

– Biomedizinische Datenbank– Biomedizinische Internet-

Suchmaschine– Internationales Netzwerk von

Lieferanten und Verbrauchern



Faktenteil

Namen, Daten, Ereignisse

– Internationale Gäste: Wissenschaftler, Stipendiaten, Gastdozenten

– Personalia– Messe- und Veranstaltungsspiegel

Wissenschaftliche Veröffentlichungen

– Diplomarbeiten und Promotionen– Publikationen/Vorträge

Patente

Impressum

Einige Gratulanten; von links nach rechts: Der saarländische Ministerpräsident, Peter Müller, der Jubiliar, Prof. Dr. Klaus Gersonde, der Festredner Prof. Dr. Sir George Radda CBE FRS, die Präsidentin der Universität des Saarlandes, Prof. Dr. Margret Wintermantel, und der Institutsdirektor des IBMT, Prof. Dr. Günter Fuhr.



Internationale Gäste: Wissenschaftler, Stipendiaten

Marc Castellarnau Aymar Universität Barcelona, SpanienProf. Dr. N.-T. Yu Hong Kong University of Science & Technology

(HKUST), Hong Kong, ChinaProf. Dr. Frieder W. Scheller Lehrstuhl für Analytische Biochemie, Universität

Potsdam, LuckenwaldeDr. Oliver Jonas Humboldt-Universität zu BerlinTilo Mathes Humboldt-Universität zu BerlinJana Kriegsmann Humboldt-Universität zu BerlinDr. Martin Wiklund Universität Stockholm, SchwedenDr. Tiemo Anhut École Polytechnique, Lausanne, SchweizDr. Matthias Guntau JenLab, JenaXie Xi Cheng Edan Instruments, Shenzen, ChinaHuang Qingwen Edan Instruments, Shenzen, ChinaZeng, Xiaofang Edan Instruments, Shenzen, ChinaH. Sing Fa. Systec, MünchenOliver Betz Fa. Systec, MünchenRalf Walshausen Fa. Systec, MünchenDr. Hagen von Briesen Georg Speyer Haus, Frankfurt

Gastdozent

Prof. Dr. Sir George K. Radda British Medical Research Council, GroßbritannienCBE FRS

Summer Course der HTW – Fachbereich Elektrotechnik, Mexikanische Elite-Studenten, betreut durch das JBF Bildungscenter, Hans-Werner Hartmann, 15. Juli 2004

Internationale Gäste: Wissenschaftler, Stipendiaten, Gastdozenten

Namen, Daten, Ereignisse


Erste gemeinsame Juniorprofessurzwischen Universität des Saarlandesund Fraunhofer-Gesellschaft

Im Rahmen der »Trilateralen Initiative«zur Entwicklung der Biotechnologie imSaarland zwischen der Landesregie-rung, der Universität, der Hochschulefür Technik und Wirtschaft (HTW) undder Fraunhofer-Gesellschaft nahm zum01. Januar 2004 die erste Juniorprofes-sur zwischen einer Universität und derFraunhofer-Gesellschaft ihre Arbeitauf. Herr Professor Heiko Zimmermannist Physiker mit der Spezialisierung inBiophysik und Biotechnologie. Ange-siedelt in der Fakultät 8, Naturwissen-schaftlich-Technische Fakultät III (Che-mie, Pharmazie und Werkstoffwissen-schaften), ergänzt er das Lehrangebotder Universität des Saarlandes undführt gleichzeitig die Abteilung »Kryo-biophysik & Kryotechnologie« amFraunhofer-Institut für BiomedizinischeTechnik (IBMT) in St. Ingbert/Sulzbach.

Der Vorteil dieser Kooperation »Junior-professur« ist die exzellente Mittelaus-stattung und Technologienutzung aneinem Fraunhofer-Institut bei gleich-zeitig engem Kontakt zur Lehre undForschung der Universität. Die Arbeits-felder der Professur liegen im Bereichder für die Biotechnologie und zellba-sierten Medizin so wichtigen

– Tieftemperatur-Konservierung leben-den Zellmaterials, der

– Verkapselung von Zellen für dieImplantation und der

– zerstörungsfreien Charakterisierungeinzelner Zellen.

Herr Zimmermann ist darüber hinausPreisträger des Nachwuchswettbewer-bes »Nanotechnologie« des Bundesmi-nisteriums für Bildung und Forschungfür den Bereich »Kryo-Nanobiotechno-logie«. Die Professur füllt damit eineBrückenfunktion zwischen Nanobio-technologie, Biophysik und Bioinfor-matik aus und ist daher eng mit demZentrum für Bioinformatik der Univer-sität des Saarlandes verknüpft.

Alle Einrichtungen sind sich einig, mitdieser Konstruktion ein weiteres, sehreffektives Instrument zur Förderungjunger Wissenschaftler mit der Mög-lichkeit der Verknüpfung von Grundla-gen und Anwendungsforschung mitgroßer Ausstrahlung gefunden zuhaben.

Personalia


Prof. Dr. Heiko Zimmermann, 30 Jahre, Studium der Physik an der UniversitätWürzburg und Humboldt-Universitätzu Berlin, Promotion mit Auszeich-nung auf dem Gebiet der experimen-tellen Biophysik, seit 2001 in leitenderFunktion am Fraunhofer IBMT beimAufbau der Arbeitsgruppe Tieftempe-ratur-Biophysik tätig, die im Oktober2003 unter seiner Leitung in dieAbteilung Kryobiophysik & Kryotech-nologie überführt wurde.



Neue Professur an der Hochschulefür Technik und Wirtschaft »Biomedizinische Technik« – Professor Klaus-Peter Hoffmann

Prof. Dr. Klaus-Peter Hoffmann, gebo-ren 1955, übernahm am 01. April2004 die Leitung der Abteilung Medi-zintechnik & Neuroprothetik am Fraun-hofer IBMT und zugleich den Lehrstuhlfür Biomedizinische Technik an derHochschule für Technik und Wirtschaftdes Saarlandes.

Nach einem Studium der technischenKybernetik und Automatisierungstech-nik mit dem Hauptfach Biomedizini-sche Technik und Bionik an der THIlmenau arbeitete er von 1980 bis1993 in der Abteilung für KlinischeNeurophysiologie der NeurologischenUniversitätsklinik Jena als wissenschaft-licher Mitarbeiter und leitete dieArbeitsgruppe Neuroelektrodiagnostik.1987 promovierte er an der THIlmenau auf dem Gebiet Biomedizini-sche Technik mit einer Arbeit zur dia-gnostischen Bedeutung der sakkadi-schen Augenbewegungen und schlossim gleichen Jahr ein postgraduales Stu-dium Biomedizintechnik an der Akade-mie für Ärztliche Fortbildung Berlin ab.Im Jahre 1993 nahm er eine Tätigkeitbei der Firma Madaus SchwarzerGmbH in München auf und leitete dortdie Produktlinien Neurologie undSchlafmedizin. 1996 erhielt Dr. Hoff-mann den Ruf als Professor für Medi-zintechnik und Medizinische Messtech-nik an die Hochschule Anhalt. Er grün-dete dort 1998 das Institut für Medizin& Technik, dessen Leiter er bis 2004war. Seine Forschungsinteressen lagenauf den Gebieten der messtechnischenErfassung und Analyse bioelektrischerPotenziale, der Okulomotorik, derAtemgasanalyse sowie der Miniaturi-sierung medizintechnischer Systeme.Darüber hinaus war er Prorektor fürStudien und Lehre. Professor Hoff-mann ist Mitglied verschiedener wis-senschaftlicher Gesellschaften, hatüber 70 Publikationen und 10 Buch-

beiträge veröffentlicht, über 100 wis-senschaftliche Vorträge gehalten, ist imwissenschaftlichen Beirat einer Zeit-schrift und im Ausschuss MikroMedizinder DGBMT.

Die Professur für Biomedizinische Tech-nik ist integraler Bestandteil der trilate-ralen Initiative zur Schaffung einer Bio-technologieplattform im Saarland, zuder auch die Einrichtung eines Master-studienganges an der HTW gehört. Inseiner neuen Funktion als Leiter derAbteilung Medizintechnik & Neuropro-thetik am IBMT wird Herr Prof. Hoff-mann sich neben den bisherigen For-schungs- und Entwicklungsarbeitender Arbeitsgruppe Neuroprothetik verstärkt Fragen der messtechnischenErfassung bioelektrischer Phänomeneam Nerven einschließlich eines Monito-rings zuwenden. Die Stimulation neu-ronaler Strukturen im Rahmen einesdiagnostischen, therapeutischen undrehabilitativen Ansatzes und die Erfas-sung nichtelektrischer Vitalparameter,die durch neuronale Strukturen gere-gelt oder gesteuert werden, sind ein-bezogen. Das Aufgabengebiet derAbteilung umfasst den Bereich von derminiaturisierten implantierbaren Elek-trode über Stimulator, Messsystem bishin zur Applikation und Validierung imklinischen Einsatz. Schwerpunkt bildendie technologischen und methodischenFragestellungen.

Prof. Dr. Klaus-Peter Hoffmann.



Festkolloquium anlässlich des 70. Geburtstages des Gründungs-direktors, Prof. Dr. Klaus Gersonde

Im Saarbrücker Schloss fanden sich am03. September 2004 anlässlich einesFestkolloquiums zu Ehren des Grün-dungsdirektors, Prof. Dr. Klaus Gerson-de, mehr als 250 geladene Gäste ausWissenschaft, Wirtschaft und Politikein. Der saarländische Ministerpräsi-dent, Peter Müller, und die Präsidentinder Universität des Saarlandes, Prof. Dr.Margret Wintermantel, würdigten inihren Grußworten das »virtuose«Geschick Professor Gersondes, dieKooperation zwischen Wissenschaftund Wirtschaft voranzutreiben. Erhabe die Wissenschaftslandschaft desSaarlandes entscheidend mitgestaltet.

Professor Gersonde, der am 20. Mai1934 in Gallensow/Stolp (Pommern)geboren wurde, begann 1955 seinStudium der Medizin und Chemie ander Christian-Albrechts-Universität zuKiel. Ab 1958 arbeitete er zunächst alsForschungsstipendiat, später als wis-senschaftlicher Assistent im Institut fürPhysiologische Chemie und Physiko-chemie der Christian-Albrechts-Univer-sität zu Kiel und promovierte 1963 beiProfessor Dr. Hans Netter über»Magnetische und optische Untersu-chungen einer reversiblen Myoglobin-Denaturierung«. Für seine Dissertationerhielt er den Forschungspreis der Uni-versität. 1973 folgte er einem Ruf andie Rheinisch-Westfälische TechnischeHochschule Aachen und wirkte dort alsProfessor für Biochemie und Biophysikin der Medizinischen Fakultät.

1987 wurde Professor Gersonde aufden neu eingerichteten Lehrstuhl fürMedizintechnik an der MedizinischenFakultät der Universität des Saarlandesberufen und übernahm gleichzeitig dieLeitung der Hauptabteilung Medizin-technik des Fraunhofer-Instituts fürZerstörungsfreie Prüfverfahren (IZFP) inSt. Ingbert, die sich dann 1992 alsselbständiges Fraunhofer-Institut fürBiomedizinische Technik (IBMT) eta-blierte.

Die große Bandbreite der AusbildungProfessor Gersondes vom humanisti-schen Gymnasium zu einem natur-wissenschaftlichen Studium undfächerübergreifender Forschung in denLebens- und Naturwissenschaftensowie sein medizinischer Hintergrundschlug sich in besonderem Maße in seinem Aufgabenbereich als Direktordes Fraunhofer IBMT nieder, in dessenMittelpunkt die Synthese der Bio- undNaturwissenschaften mit der Technikstand. Unter seiner Leitung entwickeltesich das Fraunhofer IBMT in den Berei-chen Materialprüftechnik, Mikrosys-temtechnik, Umwelttechnik, Gesund-heitstelematik und Medizintechnikrasch zu einem national und interna-tional anerkannten Partner, der denTechnologie-Transfer in die Medizinund in die unterschiedlichen Bereicheder Industrie beförderte. Zwei Stif-tungsprofessuren (1990 und 1995),getragen von der saarländischen Wirt-schaft, sicherten die feste Etablierungder Mikrosystemtechnik und Sensorfer-tigungstechnik und erschlossen neueProduktbereiche. 1996 gründete Pro-fessor Gersonde im Zuge des wachsen-den Life Science-Marktes in den USAdas Fraunhofer-IBMT Technology Cen-ter Hialeah (FTeCH). Vier Jahre späterfolgten Gründungen in Shenzhen(FTeCS) und Xiamen (FTeCX), China.Die Installation und erfolgreiche Ent-wicklung zweier überregional agieren-der Kompetenzzentren (MEDICS 1997und MOTIV 2000) in Sulzbach bedeu-tete zudem eine enorme Stärkung desWirtschaftsstandorts Saarland zu

Der Jubilar und Altdirektor, Prof. Dr. Klaus Gersonde.



einem Zeitpunkt des Strukturwandelshin zu einem Wissenschaftsstandort.Als dritter deutscher Standort wurde1998 eine Außenstelle in Potsdam-Rehbrücke angesiedelt, die in engerZusammenarbeit mit der UniversitätPotsdam die neue Dimension der Bio-technologie in das Spektrum des IBMTintegrierte. Das Fraunhofer IBMT stärk-te damit weiterhin seine Aktivitäten inRichtung der zukunftsträchtigen Felderder Biotechnologie und der Life-Scien-ce-Technologien.

Auch nach der Übergabe der Leitungdes IBMT 2001 an seinen Nachfolger,Prof. Dr. Günter Fuhr, betreute Profes-sor Gersonde weiterhin die Auslands-außenstellen in den USA und China.Neben seiner Lehrtätigkeit hat sich Pro-fessor Gersonde in zahlreichen univer-sitären Kommissionen und nationalenOrganisationen (z. B. in der DeutschenGesellschaft für Gesundheitstelematike.V. und der Gesellschaft der Freundeder Baltischen Universitäten und Aka-demien e.V. (GFBAUA)) engagiert.Zudem ist er im TELEMED SteeringCommittee als 1. Vorsitzender und inder Wissenschaftlichen Weiterbil-dungs-Akademie Saar GmbH - Saar-Akademie (WWAS) als Geschäftsführeraktiv.



International One-on One Co-operation Forum »Microsystems«19.02.2004, München

MEDTEC 2004 Messe und Konferenz09.-11.03.2004, StuttgartHalle 4.0, Stand 617

HMI 2004 Hannover Messe Industrie19.-24.04.2004, HannoverTech Transfer Stand, Halle 18

Kooperationsforum ZPT SaarlandGrenzüberschreitende Kooperationsbörse Medizintechnik und Medizinprodukte09.06.2004, Saarbrücken

Lange Nacht der Wissenschaften 200412.06.2004, Fraunhofer IBMT /AMBT, Institut für Biologie,Humboldt-Universität zu Berlin

Fachtagung »Biobanking« der 4. Pharma Diagnostics Tagung 29.06.2004, Regensburg

BMT 200422.-24.09.2004, Ilmenau

NanoTech 200416.-18.11.2004, Montreux

MEDICA 200424.-27.11.2004, Düsseldorf

MEDICA 2004Sonderschau MEDICA Media, 24.-27.11.2004, Düsseldorf

MEDICS Cooperation Forum »Telemetry systems for biomedical applications«Herbst 2004

Messe- und Veranstaltungsspiegel



Diplom-Arbeiten und Promotionen

Wissenschaftliche Veröffentlichungen

Name Fakultät/Fachbereich Art der Qualifikation

Peter Schmidt TU Braunschweig, Biotechnologie Promotion

Susanne Schwonbeck TU Berlin, Lebensmittelchemie Promotion

Uta Reich HU Berlin, Biophysik Promotion

Michael Schweigmann HTW, Elektrotechnik Diplom

Bernd Lieber FH Kärnten, Elektrotechnik Diplom

Lars Haab Universität Saarbrücken, Biologie Diplom

Oliver Brück FH Karlsruhe, Mechatronik Diplom

Marco Pillenat FH Mittweida, Mikrosystemtechnik Diplom

Christian Reichert Universität Saarbrücken, BWL Diplom

Jörg Jakobi FH Gießen, Medizintechnik Diplom

Michael Bischof FH Kaiserslautern, Mikrosystemtechnik Diplom

Andreas Biehl Universität Saarbrücken, Elektrotechnik Diplom

Gorjup Erwin TU Darmstadt, Biologie Diplom

Mischa Geggel FHTW Berlin, Mikrosystemtechnik Diplom

Sebastian Schelenz TFH Berlin, Chemie Diplom

Ali Safdar Universität Saarbrücken, Informatik Diplom

In Summe wurden im Jahre 2004 am IBMT 3 Promotionen und 13 Diplomarbeiten mit der entsprechenden Zertifizierung beendet.



FUHR, G. R.: „Offene Fragen der Biophysik -Neue Felder der Biotechnologie“.Vortrag im Rahmen der Ringvorlesung „Biophysik im Überblick“ am Institut für Biologie der Humboldt-Universität zu Berlinin Berlin (Berlin), 22.01.2004

FUHR, G. R.: „Open Questions in Cell BiologyNano-Tools for Cellular Programming andImprinting“.Vortrag anlässlich der 5th International Confe-rence and Workshop on Cell Culture and invitro Models for Drug Absorption and Delivery,Universität des Saarlandesin Saarbrücken-Otzenhausen (Saarland),02.03.2004

FUHR, G. R.: „Nanobiotechnology and Biocompatibility“.Vortrag anlässlich des 2nd European TechnologyTransfer Dayin Saarbrücken (Saarland), 11.03.2004

FUHR, G. R.: „CellPROM - Giving Cell Programming a New Direction“.Vortrag anlässlich des CellPROM WorkpackageLeader Meetingsin St. Ingbert (Saarland), 25.03.2004

FUHR, G. R.: „Nanobiotechnologie“.Vortrag anlässlich des Fachgesprächs Nanobio-technologie der CDU/CSU-Bundestagsfraktionin Berlin (Berlin), 01.04.2004

FUHR, G. R.: „New Aspects of Cryoconservationof Biological Samples for Research and IndustrialApplications“.Vortrag im Rahmen der Kolloquienreihe desInstitute for Analytical Sciences Dortmund undBerlin (ISAS)in Dortmund (Nordrhein-Westfalen),08.06.2004

FUHR, G. R.: „The Discovery of Slowness - Insights into Cell Migration“.Vortrag anlässlich des LASERION®-Workshops„Microfabrication, Nanostructured Materialsand Biotechnology“Schloss Ringberg (Tegernsee, Bayern), 20.-24.06.2004

FUHR, G. R.: „Nanobiotechnologie“.Vortrag im Rahmen des WerkstofftechnischenKolloquiums der TU Darmstadt „Neue ‚intelligente’ Werkstoffe“in Darmstadt (Hessen), 24.06.2004

FUHR, G. R.: „Cell Adhesion and Biocompatibility“.Vortrag anlässlich des Kolloquiums „Physics andbiology: a material sciences approach“ des Institut Curiein Paris (Frankreich), 27.-29.06.2004

FUHR, G. R.Vortrag anlässlich der Festveranstaltung zum 70. Geburtstag von Prof. Gersondein Saarbrücken (Saarland), 03.09.2004

FUHR, G. R.: „Examples for Future Public-PrivatePartnership - European Biotechnology and Cryotechnology Platform“.Vortrag auf Einladung des Ministeriums fürWirtschaft und des Ministeriums für Bildung,Kultur und Wissenschaft, Königreich der Nieder-lande, anlässlich der Konferenz „Investing inResearch and Innovation: Realising the Potentialof Public-Private Interaction“in Noordwijk (Niederlande), 13.10.2004

FUHR, G. R.Vortrag am Lehrstuhl Mikrosystemtechnik derUniversität Freiburg (Breisgau)in Freiburg (Baden-Württemberg), 14.10.2004

FUHR, G. R.: „Perspektiven und Grenzen derNanotechnologie am Beispiel der Oberflächen-vermittelten Programmierung von Stammzellen“.Festvortrag anlässlich des Workshops „Perspek-tiven und Grenzen der Nanotechnologie”Jahrestagung der Deutschen Transplantations-gesellschaft DTGin Kiel (Schleswig-Holstein), 23.10.2004

FUHR, G. R.: „Die Entdeckung der Langsamkeit- Einsichten in die aktive Zellbewegung“.Vortrag anlässlich des Kolloquiums „CurrentTopics in Medical Technology“ der Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Münster und der Arbeitsgemein-schaft Biomaterialien NRWin Münster (Nordrhein-Westfalen), 26.11.2004

Abteilung Mikrosysteme/Lasermedizin

Arbeitsgruppe Magnetische Resonanz

GOLL, D., MANZ, B., VOLKE, F., HORN, H.:„Investigation of Biofilm Detachment withMagnetic Resonance Imaging (MRI)“.Poster anlässlich des 1st European Conferenceon: Biofilm - Prevention of Microbial Adhesion:This poster has been awarded a prize as a highly innovative presentation.in Osnabrück (Niedersachsen), 31.03.-02.04.2004

MANZ, B.: „Combined Relaxation and Displacement Experiment: A Fast Method toAcquire T2, Diffusion and Velocity Maps“.Journal of Magnetic Resonance 169, 60-67(2004)

MANZ, B., HILLGÄRTNER, M., ZIMMERMANN,H., ZIMMERMANN, D., VOLKE, F., ZIMMERMANN, U.: „Cross-linking Properties ofAlginate Gels Determined by Using AdvancedNMR-Imaging and Cu2+ as Contrast Agent“.The European Biophysics Journal 33, 50-58(2004)

Publikationen und Vorträge 2004



MANZ, B., MÜLLER, K., HERMANN, F., VOLKE, F., LEUBNER-METZGER, G.: „The Hor-monal Regulation of Water Uptake of Germina-ting Transgenic Tobacco Seeds investigated by invivo Magnetic Resonance Microimaging“.Vortrag anlässlich des 3rd International Sympo-sium on Plant Dormancy - From Molecular Levelto the Whole Plantin Wageningen (Niederlande), 25.-28.05.2004

VOLKE, F., FUHR G. R., KÖNIG, K., MANZ, B., ZIMMERMANN, U., RIEMANN, I., ZIMMERMANN, H.: „Miniaturization in Biotechnology“.Seminar given at the Bionanotechnology IRCDiscussion Group, Department of Biochemistry,University of Oxfordin Oxford (United Kingdom), 29.06.2004

VOLKE, F., MANZ, B., HILLGÄRTNER, M., ZIMMERMANN, H., ZIMMERMANN, D., ZIMMERMANN, U.: „ Determination of theCross-linking Properties of Alginates by UsingAdvanced NMR Imaging and Cu2+ as Contrast Agent“. Vortrag anlässlich der International Conference„Strategies in Tissue Engineering“in Würzburg (Bayern), 17.-19.06.2004

VOLKE, F.: „New Applications in Diagnosticsthrough MR-Endoscopy“.Medical Devices Technology, Advanstar Commu-nications (UK), submitted on invitation, 2004

MANZ, B., VOLKE, F., GOLL, D., HORN, H.:„Magnetic Resonance Imaging as a Tool forNon-Invasive Imaging of Biofilms“.Vortrag anlässlich der 1st European Conferenceon: Biofilm - Prevention of Microbial Adhesionin Osnabrück (Niedersachsen), 31.03.-02.04.2004

PAMPEL, A., VOLKE, F.: „Studying LyotropicLiquid Crystalline Phases Using High ResolutionMAS NMR Spectroscopy“.In „Lecture Notes in Physics, Vol. 634, Kapitel12“, Springer, Heidelberg, 439-464 (2004)

URANI, A., TAN, R., RUBELE, R., MIETCHEN, D.:„Giving Young European Students a Voice“.Naturejobs 427, 378 (22-1-2004)

MANZ, B., VOLKE, F., GOLL, D., HORN, H.:„Investigation of Biofilm Structure, Flow Patterns and Detachment with Magnetic Resonance Imaging (MRI)“. Vortrag anlässlich der International ConferenceBiofilms 2004: Structure and Activity of Biofilms in Las Vegas (USA), 24.-26.10.2004

Arbeitsgruppe Miniaturisierte Systeme

MISIAKOS, K., KAKABAKOS, S.E., PETROU, P.S.,AND RUF, H.H: „A Monolithic Silicon Optoelectronic Transducer as a Real-Time Affinity Biosensor“.Anal. Chem. 2004, 76,1366-1373

RUF, H.H., KNOLL, T., MISIAKOS, K., HAUPT, R.B., DENNINGER, M., LARSEN, L.B.:„Biochip-Compatible Packaging and Microfluidic Module for an Optoelectronic Multianalyte Transducer“.Manuscript submitted to Analytical and Bioana-lytical Chemistry (ABC) for publication in a spe-cial issue on the 2nd International Workshop onMultianalyte Biosensing Devicesin Tarragona (Spanien), 18.-20.02.2004 (presumable in November 04 issue)

RUF, H.H., KNOLL, T., BENECKE, M., VELTEN, T.:„Biochip-Compatible Packaging of an Optoelectronic Monolithic Transducer Chip“.Oral presentation at the 2nd InternationalWorkshop on Multianalyte Biosensing Devicesin Tarragona (Spanien), 18.-20.02.2004

RUF, H.H., KNOLL, T., GAO, J., VELTEN, T.:„Microfluidic Polymer Component Technologiesfor Biochip Demonstrators and Prototypes“.Oral presentation at the 2nd InternationalWorkshop on Multianalyte Biosensing Devicesin Tarragona (Spanien), 18.-20.02.2004

RUF, H.H.: „Enabling Technologies for Biosen-sors, Biochips and Lab-on-a-Chip Devices“.Oral presentation at the MEDTEC 04in Stuttgart (Baden-Württemberg), 09.-11.03.2004

RUF, H.H., KNOLL, T., VELTEN, T., MISIAKOS, K.,KAKABAKOS, S.: „System Integration of anOpto-Electronic Biochip using Microfluidics and Bioaffinity Layer-Compatible PackagingTechnology“.Poster presentation (abstract) at the Biosensors2004in Granada (Spanien), 24.-26.05.2004

TAGLIARENI, F., VELTEN, T.: „Microfabrication of Microfluidic Syringe Chip with IntegratedActuator“. Oral presentation at Mechatronics & Roboticsin Aachen (Nordrhein-Westfalen), 2004Proceedings (2004)

KIM, S., KOCH, K.P., SCHOLZ, O.: „Effect ofPackaging Materials of Inductively PoweredMedical Implants on Power Transmission Efficiency“.Poster auf der 38. Jahrestagung der DGBMTin Ilmenau (Thüringen), 22.- 24.09.2004Proceedings (2004)

VELTEN, T., SCHUCK, T., RIEMANN, I., BAUERFELD, F., SAUER, D., KÖNIG, K.: „Time-Resolved and Spectrally Resolved 5DMultiphoton Microscopy for Analysis and Nanoprocessing of Biological and Non-Biological Materials“.Poster auf der 4th International Conference onLaser Assisted Net shape Engineering (LANE)in Erlangen (Bayern), 21.-24.09.2004Proceedings (2004)

Arbeitsgruppe Lasermedizin

SCHENKE-LAYLAND, K., VASILEVSKI, K., OPITZ, F., KÖNIG, K., RIEMANN, I., HALBHUBER, KJ., WAHLERS, I., STOCK, U.A.:„Impact of Decellularization on Xenogenic Tissue on Extracellular Matrix Integrity for TissueEngineering of Heart Valves“.J Struc Biol 142 (2003) 201-208

KÖNIG, K., SCHENKE-LAYLAND, K., RIEMANN, I., STOCK, U.A.: „Multiphoton Autofluorescence Imaging of Intratissue Elastic Fibers“.Biomaterials (2004), in press

RICHTER, T., SATTLER, C.P.M., KÖNIG, K., RIEMANN, I., HINTZE, U., WITTERN,K.P., WIESENDANGER, R., WEPF, R.: „Dead but Highly Dynamic – the Stratum Corneum is Divided into Three Hydration Zones“.Skin Pharmacol Physiol. 739 (2004), in press

ULRICH, V., FISCHER, P., RIEMANN, I., KÖNIG, K.: „Compact Multiphoton/Single Photon Laser Scanning Microscope for SpectralImaging and Fluorescence Lifetime Imaging“. Scanning (2004), in press

RIEMANN, I., FISCHER, P., KAATZ, M., FISCHER, T.W., ELSNER, P., DIMITROV, E., REIF, A., KÖNIG, K.: „Optical Tomography ofPigmented Human Skin Biopsies“.SPIE-Proceed. (2004), in press

SCHENKE-LAYLAND, K., RIEMANN, I., STOCK, U.A., KÖNIG, K.: „Deep-Tissue Imagingof Cardiovascular Structures using Near-InfraredFemtosecond Multiphoton Laser ScanningMicroscopy“. Journal of Biomedical Optics (2004), in press

BECKER, W., BERGMANN, A., HINK, M.A.,KÖNIG, K., BENNDORF, K., BISKUP, C.: „Fluorescence Lifetime Imaging by Time-Correlated Single-Photon Counting“.Microscopy Research and Technique (2004)



KÖNIG, K., WANG, B., KRAUSS, O., RIEMANN, I., SCHUBERT, S., KIRTSE, S.,FISCHER, P.: „First In Vivo Animal Studies onIntraocular Nanosurgery and MultiphotonTomography with Low-Energy 80 MHz NearInfrared Femtosecond Laser Pulses“. SPIE-Proceedings (2004)

KÖNIG, K., RIEMANN, I., EHRLICH, G., ULRICH, V., FISCHER, P.: „Multiphoton FLIM andSpectral Imaging of Cells and Tissues“. SPIE-Proceedings (2004)

FISCHER, F., KÖNIG, K., PUSCHMANN, S., WEPF, R., RIEMANN, I., ULRICH, V., FISCHER, P.:„Characterization of Multiphoton Laser Scanning Device Optical Parameters for ImageRestoration“.SPIE-Proceedings (2004), in press

RIEMANN, I., FISCHER, P., KÖNIG, K.: „Photodynamic Therapy and Knocking out ofSingle Tumor Cells by Multiphoton ExcitationProcesses“.SPIE-Proceedings (2004), in press

RIEMANN, I., DIMITROW, E., FISCHER, P., REIF, A., KAATZ, M., ELSNER, P., KÖNIG, K.:„High Resolution Multiphoton Tomography ofHuman Skin In Vivo and In Vitro“. SPIE-Proceedings (2004), in press

KÖNIG, K.: „Multiphoton Multicolor FISH andChromosome Nanoprocessing with Near Infrared Femtosecond Laser Pulses“. In: „Visions of the Nucleus-Eukaryotic DNA“.Editors: P. Hemmerich and S. Dieckmann. American Scientific Publishers (2004), in press

RIEMANN, I.: „Optical Tomography of Pigmented Human Skin“.SPIE Photonics West, 24.01.2004

RIEMANN, I.: „Photodynamic Therapy Combined with Directed Destruction of SingleTumor Cells by Multiphoton Excitation“.Vortrag anlässlich der Photonics Europe in Straßburg (Frankreich), 28.-29.04.2004

RIEMANN, I.: „High Resolution MultiphotonTomography of the Epidermis with SubmicronResolution“.Vortrag anlässlich des Stratum Corneum in Paris (Frankreich), 19.05.2004

BECKER, W., BERGMANN, A., BISCOTTI, G.,KÖNIG, K.: „High-Speed FLIM Data Acquisitionby Time-Correlated Single Photon Counting“.SPIE-Proceeding (2004), in press

SCHENKE-LAYLAND, K., RIEMANN, I., ULRICH, V., OPITZ, F., STOCK, U.A., KÖNIG, K.:„Multiphoton Imaging of Collagen and Elastinof Native and Tissue-Engineered Heart Valves“. SPIE-Proceeding (2004)

SCHENKE-LAYLAND, K., RIEMANN, I., STOCK,U.A., KÖNIG, K.: „Non-Invasive MultiphotonImaging of Cardiovascular Structures using NIRFemtosecond Laser Scanning Microscopy“. SPIE-Proceeding (2004)

RIEMANN, I., KÖNIG, K.: „High-Resolution Multiphoton Tomography of Human Skin InVivo and In Vitro“. Vortrag anlässlich der Photonics Europein Straßburg (Frankreich), 26.-30.04.2004

SCHENKE-LAYLAND, K., OPITZ, F., RIEMANN, I.,STOCK, U.A.: „Multiphoton Imaging of Cardiovascular Structures“. Vortrag anlässlich der Photonics Europe in Straßburg (Frankreich), 26.-30.04.2004

ULRICH, V., FISCHER, P., HAUPT, E., RIEMANN, I., KÖNIG, K.: „Spectral Imaging and Fluorescence Lifetime Imaging with a Com-pact”. Vortrag anlässlich der Photonics Europe in Straßburg (Frankreich), 26.-30.04.2004

KÖNIG, K., FISCHER, S., FISCHER, P., PUSCHMANN, S., RIEMANN, I., ULRICH, V.,WEPF, R.: „Characterization of MultiphotonLaser Scanning Microscope Optical Parameters“.Vortrag anlässlich der Photonics Europein Straßburg (Frankreich), 26.-30.04.2004

KÖNIG, K., MAUBACH, G., CSAKI, A., FRITZSCHE, W.: „Specific Cutting of DNA withNIR fs-Laser“. Vortrag anlässlich der Photonics Europe in Straßburg (Frankreich), 26.-30.04.2004

SCHENKE-LAYLAND, K., RIEMANN, I., OPITZ, F.,KÖNIG, K., HALBHUBER, K.J., STOCK, U.A.:„Comparative Study of Cellular and ExtracellularMatrix Composition of Native and TissueEngineered Heart Valves“. Matrix Biology (2004), in press

KÖNIG, K., GARWE, F., KRAUSS, O., WANG, B.,FRITZSCHE, W., RIEMANN, I.: „Nanoprocessingof DNA, Cells and Tissues“. Vortrag anlässlich der Photonics Europe in Straßburg (Frankreich), 26.-30.04.2004

WANG, B., RIEMANN, I., SCHUBERT, H., KÖNIG, K.: „Intraocular Optical Tomography ofthe Cornea In Vitro and In Vivo“. Vortrag anlässlich der Photonics Europein Straßburg (Frankreich), 26.-30.04.2004

KÖNIG, K.: „Transfection and Nanosurgery with80 MHz Femtosecond Lasers“.Vortrag anlässlich der Photonics Europein Straßburg (Frankreich), 26.-30.04.2004

KÖNIG, K.: „Near Infrared Femtosecond Laser Pul-ses for Optical Gene Transfer, Gene Diagnosticsand Multiphoton Tomography of Skin Cancer“.Vortrag in Tel Aviv (Israel), 18.04.2004

KÖNIG, K.: „Femtosecond Lasers in Nanobiotechnology and Biomedicine“. Vortrag in Tel Aviv (Israel), 18.04.2004



Abteilung Biohybride Systeme

Arbeitsgruppe Zell-basierte Sensorik & Biomonitoring

BARTHOLOMÄ, P., GORJUP, E., MONZ, D., REININGER-MACK, A., THIELECKE, H., ROBITZKI, A.: „Three Dimensional in vitroRe-Aggregates of Embryonic Chick Car-diomyocytes: A Potential Pharmacological Screening Model“. Journal of Molecular and Cellular Cardiology,(eingereicht)

CHO, S., THIELECKE, H.: „Design of Electrodesfor Impedance Measurement of Lesions in Arteries“.Vortrag anlässlich der XIIth International Conference on Electrical Bioimpedance& V Electrical Impedance Tomography,in Gdansk (Poland), 20.-24.09.2004Proceedings pp. 351-354 (2004)

CHO, S., THIELECKE, H.: „Design of ElectrodeArray for ImpedanceMeasurement of Lesions in Arteries“.Physiological Measurement, (eingereicht)

SÜSELBECK, T., THIELECKE, H., WEINSCHENK,I., REININGER-MACK, A., STIEGLITZ, T., METZ, J.,BORGGREFE, M., ROBITZKI, A., HAASE, K. K.:„In vivo Intravascular Electric Impedance Spectroscopy Using a New Catheter with Integrated Microelectrodes“.Basic Research in Cardiology, (eingereicht)

THIELECKE, H., FLECKENSTEIN, J., BARTHOLOMÄ, P., RÜBE, C.: „Evaluation ofImpedance Spectroscopy for the Characteriza-tion of Small Biological Samples in Tissue-BasedTest Systems“.Vortrag anlässlich der 26th Annual InternationalConference of the IEEE Eng. In Med. and Biol. Soc.in San Francisco (USA), 01.-05.09.2004Proceedings pp. 2070-2073 (2004)

THIELECKE, H., IMPIDJATI, ZIMMERMANN, H.,FUHR, G. R.: „Gentle Cell Handling with anUltra-slow Instrument: Creep Manipulation of Cells“.Cell Motility and the Cytoskeleton, (eingereicht)

THIELECKE, H., MONZ, D.: „‚Lebende‘ Sensoren – Markierungsfreie Zell- und Gewebebasierte Testverfahren“.BIOforum Forschung & Entwicklung, GIT Verlag,Darmstadt (Hessen), pp. 42-44, Januar/Februar2004

Arbeitsgruppe Molekulares Zell- & TissueEngineering

BARTHOLOMÄ, P., GORJUP, E., MONZ, D., REININGER-MACK, A., THIELECKE, H., ROBITZKI, A.: „Three Dimensional in vitroRe-Aggregates of Embryonic Chick Cardiomyocytes: A Potential PharmacologicalScreening Model“. Journal of Molecular and Cellular Cardiology,(eingereicht)

THIELECKE, H., FLECKENSTEIN, J., BARTHOLOMÄ, P., RÜBE, C.: „Evaluation ofImpedance Spectroscopy for the Characteriza-tion of Small Biological Samples in Tissue-basedTest Systems“.Vortrag anlässlich der 26th Annual InternationalConference of the IEEE Eng. In Med. and Biol.Soc.in San Francisco (USA), 01.-05.09.2004Proceedings (2004)

THIELECKE,H., MONZ, D.: „‚Lebende‘ Sensoren– Markierungsfreie Zell- und GewebebasierteTestverfahren“.BIOforum Forschung & Entwicklung, GIT Verlag,Darmstadt (Hessen), pp. 42-44, Januar/Februar 2004

STIEGLITZ, T., MONZ, D., KOCH, K. P.: „On theCell-Material Interface of Neural Prostheses“.Vortrag anlässlich der 4. Tagung des DVM-Arbeitskreises »Biowerkstoffe« DVM-Bericht315: Grenzflächen bei Implantaten - mechani-sche und biologisch-chemische Aspektein Köln (Nordrhein-Westfalen), 26.-27.03.2004Proceedings pp. 175-184 (2004)

STIEGLITZ, T., MONZ, D., KOCH, K. P.: „Über dieZell-Material-Schnittstelle von Neuroprothesen“.MP Materialprüfung (2004), in press

Abteilung Medizintechnik & Neuroprothetik

SÜSSELBECK, T., THIELECKE, H., WEINSCHENK, I., REININGER-MACK, A.,THANG, L.L., METZ, J., BORGGREFE, M., STIEGLITZ, T., ROBITZKI, A., HAASE, K.K.: „Characterization of Vessel Wall by Using Intervascular Impedance Catheter with Integra-ted Microelectrodes“.Circulation Res., submitted 2004

BRÜCK, O.: „Assembly and Encapsulation ofMicro Implants for Stimulation and Recording inthe Field of Neural Prosthetics“.2004

FEILI, D., SCHÜTTLER, M., DOERGE, T., KAMMER, S., STIEGLITZ, T.: „A 'Polytronic'Approach for High Channel Nerve Interfaces“.Vortrag anlässlich der 38. Jahrestagung derDeutschen Gesellschaft für BiomedizinischeTechnik in Ilmenau (Thüringen), 22.-24.09.2004Proceedings (2004)

FEILI, D., SCHÜTTLER, M., DÖRGE, T., KAMMER, S., STIEGLITZ, T.: „Encapsulation of Organic Field Effect Transistors for FlexibleBiomedical Microimplants“.Sensors and Actuators A (2004), in press

HOFFMANN, K. P.: „Augenblick – Messtechni-sche Erfassung und Analyse von Augen-bewegungen“.Vortrag anlässlich der Ringvorlesung an derHTW des Saarlandesin Saarbrücken (Saarland), 10.05.2004Proceedings (2004)

HOFFMANN, K. P.: „Projektarbeit als Bestandteil der praxisorientierten Ausbildung an Fachhochschulen“.Vortrag anlässlich der 38. Jahrestagung derDeutschen Gesellschaft für BiomedizinischeTechnikin Ilmenau (Thüringen), 22.-24.09.2004Proceedings (2004)

HOFFMANN, K. P., FOTH, H.: „Master Program-me in Biomedical Engineering“.Internat. J. Health Care Engineering 12, 151-153 (2004)

KIM, S., KOCH, K. P., SCHOLZ, O.: „Effect ofPackaging Materials of Inductively PoweredMedical Implants on Power Transmission Efficiency“.Vortrag anlässlich der 38. Jahrestagung derDeutschen Gesellschaft für BiomedizinischeTechnik, Biomed. Tech.in Ilmenau (Thüringen), 22.-24.09.2004Proceedings (2004)



KOCH, K. P.: „Anwendung der Mikroelektronikin der Medizintechnik am Beispiel der Neuroprothetik“.Vortrag anlässlich der Orientierungswoche ander Hochschule für Technik und Wirtschaft desSaarlandesin Saarbrücken (Saarland), 20.02.2004Proceedings (2004)

KOCH, K. P.: „Implantatentwicklung: Einemodulare Plattform zur Entwicklung aktivermedizinischer Implantate“.Vortrag anlässlich der Tech-Transfer/VDI auf derHannovermesse Industriein Hannover (Niedersachsen), 19.-24.04.2004Proceedings (2004)

KOCH, K. P., BRÜCK, O., RAMACHANDRAN, A.,STIEGLITZ, T.: „Control Unit for an ImplantableMultiplexer Electrode in the Field of NeuralProsthesis“.Vortrag anlässlich der 38. Jahrestagung derDeutschen Gesellschaft für BiomedizinischeTechnikin Ilmenau (Thüringen), 22.-24.09.2004Proceedings (2004)

KOCH, K. P., DOERGE, T., BOEHLER, G., VAN DER HORST, C., STIEGLITZ, T.: „NeuronaleSensorsignale sind die Voraussetzung für einegeregelte Neuroprothese zum Management vonDarm und Harnblase“.Vortrag anlässlich der Automed 2004in Saarbrücken (Saarland), 15.-16.10.2004Proceedings (2004)

KOCH, K. P., SCHOLZ, O., KIEFER, S., STIEGLITZ, T.: „Modular System as Basis forActive Medical Implant Development“.Vortrag anlässlich des XVIIth Aachen Colloquium on Biomaterialsin Aachen (Nordrhein-Westfalen), 04.-05. März 2004Proceedings pp. 60-61 (2004)

KOCH, K. P., STIEGLITZ, T. „Biokompatible Verkapselung von Mikrosystemen“.Vortrag anlässlich des 121. Kongresses der Deutschen Gesellschaft für Chirurgiein Berlin (Berlin), 29.04.2004

KRUEGER, T. B., MEYER, C., KOCH, K. P., STIEGLITZ, T.: „Untersuchungen zum Übertra-gungsverhalten verschiedener Cuff-Designs beider Ableitung an Peripheren Nerven“.Vortrag anlässlich der 38. Jahrestagung derDeutschen Gesellschaft für BiomedizinischeTechnikin Ilmenau (Thüringen), 22.-24.09.2004Proceedings (2004)

LAGO, N., CEBALLOS, D., RODRIGUEZ, F. J.,STIEGLITZ, T., NAVARRO, X.: „Long Term Assessment of Axonal Regeneration throughPolyimide Regenerative Electrodes to Interfacethe Peripheral Nerve“.Biomaterials (2004), in press

LANGGUTH, W., FOLKERTS, K.-H.; HOHENBERG, G., HOFFMANN, K. P., STIEGLITZ, T.: „Masterstudiengang an der Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes“.Vortrag anlässlich der 38. Jahrestagung derDeutschen Gesellschaft für BiomedizinischeTechnik in Ilmenau (Thüringen), 22.-24.09.2004Proceedings (2004)

LAUBE, T., BROCKMANN, C., BUSS, R., LAU, C.,HÖCK, K., STAWSKI, N., STIEGLITZ, T., RICHTER, H. A., SCHILLING, H.: „Optical EnergyTransfer for Intraocular Microsystems Studied inRabbits“.Graefe's Archive for Clinical Experimental Ophthalmology Jun 25, (2004)

MEYER, C., WILDENHAIN, M., SCHUETTLER, M.,KOCH, K. P., STIEGLITZ, T.: „A Setup for Three-Dimensional Scanning of the Electrical FieldGenerated by Microelectrode Arrays“.Medical and Biological Engineering and Computing (2004), in press

RAMACHANDRAN, A., BRÜCK, O., KAMMER, S., KOCH, K. P., STIEGLITZ, T.:„System Test of a Smart, Bidirectional Interfacefor Regenerating Peripheral Nerves“.Vortrag anlässlich der 9th Annual InternationalConference of the International Electrical Stimulation Societyin Bournemouth (United Kingdom), 07.-10.09.2004Proceedings (2004)

RAMACHANDRAN, A., KOCH, K. P., BRÜCK, O.,STIEGLITZ, T.: „Aspects of Encapsulation –Implantable Microsystems“.Vortrag anlässlich des XVIIth Aachen Colloquium on Biomaterialsin Aachen (Nordrhein-Westfalen), 04.-05.03.2004Proceedings pp. 136-137 (2004)

SCHANZE, T., HESSE, L., RENTZOS, A., STIEGLITZ, T., LAU, C., RICHTER, H. A.,ZWICKEL, H.: „Implantation und Testung epiretinaler Implantate in Katzen“.Vortrag anlässlich 88. Tagung der Württem-bergischen Augenärztlichen Vereinigungin Tübingen (Baden-Württemberg), 14.-15.02.2004Proceedings (2004)

SCHNEIDER, A. STIEGLITZ, T.: „Implantable Flexible Electrodes for Functional Electrical Stimulation (FES)“.Medical Device Technologie Jan/Feb, 16-18(2004), in press

STIEGLITZ, T.: „Bioelectrodes for ChronicImplants“.Vortrag anlässlich des 7th Essen Symposium onBiomaterials and Biomechanicsin Essen (Nordrhein-Westfalen), 06.-08.10.2004Proceedings (2004)

STIEGLITZ, T. „Biomedizinische Mikrosysteme im Einsatz als Neuroprothesen“.Vortrag anlässlich der Vortragsreihe AktuelleThemen der Mikro- und Medizintechnik Fachhochschule in Gelsenkirchen (Nordrhein-Westfalen),14.01.2004

STIEGLITZ, T. „Computer-Hirn-Schnittstellen –von der Grundlagenforschung zu breitenAnwendungen“.Vortrag anlässlich des VDI-Themengemein-schaftsstandes »Future in Motion« HannoverMesse Industriein Hannover (Niedersachsen), 23.04.2004

STIEGLITZ, T.: „Considerations on Surface andStructural Biocompatibility as Prerequisite forLong-Term Stability of Neural Prostheses“.Journal of Nanoscience and Nanotechnology 4,1-8 (2004), in press

STIEGLITZ, T.: „Interfaces to the Central andPeripheral Nervous System“.Eingeladener Plenarvortrag anlässlich der 38. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Biomedizinische Technikin Ilmenau (Thüringen), 22.-24.09.2004Proceedings (2004)

STIEGLITZ, T. „Medizinische Sensorik und Biosignale“.Vortrag anlässlich des 2. Expertengesprächs»Medizintechnik« der Deutschen Forschungs-gemeinschaftin Bornheim (Nordrhein-Westfalen), 07.07.2004

STIEGLITZ, T. „MEMS for Neuronal Tissue andCell Interfaces“.Vortrag anlässlich des Technology Symposium12th International Congress of the EuropeanAssociation for Endoscopic Surgeryin Barcelona (Spanien), 09.06.2004



STIEGLITZ, T.: „Neural Prostheses and FunctionalElectrical Stimulation“.Biomedizinische Technik 49, 70-71 (2004), in press

STIEGLITZ, T. „Neuroprothesen – Einsatzmög-lichkeiten und erste experimentelle Ergebnissebiomedizinischer Mikroimplantate“.Vortrag anlässlich des Epileptologischen Kollo-quiums am Neurozentrum der Universitätsklini-ken der Ludwig-Albert-Universität zu Freiburgin Freiburg (Baden-Württemberg), 29.04.2004

STIEGLITZ, T. „Overview on Man Machine Interfaces between Nervous Systems andProstheses“.Vortrag anlässlich Workshop on Man-MachineInterfaces between Nervous Systems andProstheses; Forschungszentrum Karlsruhein Karlsruhe (Baden-Württemberg), 01.04.2004

STIEGLITZ, T. „Sinne ersetzen – Methoden undMöglichkeiten der Neuroprothetik“.Vortrag anlässlich des Themas »Physiologie derSinne« 2.Tagung der Fachschaft Naturwissen-schaften der Konrad-Adenauer-Stiftungin Wesseling (Nordrhein-Westfalen), 03.07.2004

STIEGLITZ, T. „Vom Hörrohr zum CochleaImplantat – Meilensteine in der Biomedizini-schen Technik“.Vortrag anlässlich der Ringvorlesung »Vom Hör-rohr zum Cochlea Implantat - Medizintechnik inDiagnose und Therapie im Wandel der Zeit«Hochschule für Technikund Wirtschaft des Saarlandesin Saarbrücken (Saarland), 26.04.2004

STIEGLITZ, T., DÖRGE, T., KOCH, K. P.: „Investigations on the Biostability of Electrodesas Sensors and Actuators in MicromachinedNeural Implants“.Vortrag anlässlich des XVIIth Aachen Colloquium on Biomaterialsin Aachen (Nordrhein-Westfalen), 04.-05.03.2004Proceedings pp. 148-149 (2004)

STIEGLITZ, T., HABERER, W., LAU, C., GÖRTZ, M.: „Development of an InductivelyCoupled Epiretinal Vision Prosthesis“.Vortrag anlässlich der 26th Annual InternationalConference of the IEEE Eng. In Med. and Biol.Soc.in San Francisco (USA), 01.-05.09.2004Proceedings (2004)

STIEGLITZ, T., KOCH, K. P.: „Langzeitstabile Elektroden als Voraussetzung für Neuropro-thesen und Brain-Machine-Interfaces“.Vortrag anlässlich der Automed 2004in Saarbrücken (Saarland), 15.-16.10.2004Proceedings (2004)

STIEGLITZ, T., KOCH, K. P.: „On the Development of Modular Miniaturized NeuralProstheses“.Vortrag anlässlich der 9th Annual InternationalConference of the International Electrical Stimulation Societyin Bournemouth (United Kingdom), 07.-10.09.2004Proceedings (2004)

STIEGLITZ, T., KOCH, K. P., SCHUETTLER, M.:„Flexible, Polyimide-Based Modular ImplantableBiomedical Microsystems for Neural Prostheses“.IEEE Engineering in Medicine and Biology Magazine (2004), in press

STIEGLITZ, T., MONZ, D., KOCH, K. P.: „On theCell-Material Interface of Neural Prostheses“.Vortrag anlässlich der 4. Tagung des DVM-Arbeitskreises »Biowerkstoffe« DVM-Bericht315: Grenzflächen bei Implantaten - mechani-sche und biologisch-chemische Aspektein Köln (Nordrhein-Westfalen), 26.-27.03.2004Proceedings pp. 175-184 (2004)

STIEGLITZ, T., MONZ, D., KOCH, K. P.: „Über dieZell-Material-Schnittstelle von Neuroprothesen“.MP Materialprüfung (2004), in press

STIEGLITZ, T., SCHÜTTLER, M., KOCH, K. P.:„Neural Prostheses in Clinical ApplicationsTrends from Precision Mechanics towards Biomedical Microsystems in Neurological Rehabilitation“.Biomedizinische Technik 49, 72-77 (2004), in press

TRIER, T.: „Entwicklung eines Prozesses zur Niedertemperatur-Imidisierung von Polyimidsowie Etablierung einer Messmethode zurBestimmung des Imidisierungsgrades von Polyimid“. 2004

WALTER, P., KISVÁRDAY, Z. F., GÖRTZ, M., ALTEHELD, N., RÖSSLER, G., STIEGLITZ, T.,EYSEL, U. T.: „Cortical Activation with a Completely Implanted Wireless Retinal Prosthesis“.Science (2004), in press

WIESER, T., WOLFF, R., HOFFMANN, K. P.,SCHULTE-MATTLER, W., ZIERZ, S.: „PersistentOcular Motor Disturbances in Migrain withoutAura“.Neurol.Sci 25, 8-12 (2004)

Abteilung Molekulare Bioanalytik & Bioelektronik

ANDRESEN, D., EHRENTREICH-FÖRSTER, E.,BIER, F.F., KUHN, M.:„Development of a DNA-Chip for Detection ofFood Allergens“.Poster anlässlich des Statusseminar der DECHE-MA „Mikroarrays, Hygiene und Gesundheit“ in Frankfurt a. M. (Hessen), 26.-27.01.2004

STEFFEN, J., VON NICKISCH-ROSENEGK, M.,BIER, F.F.: „Transcription of Reporter Genes withImmobilized Templates“.Poster anlässlich des Statusseminar der DECHE-MA „Mikroarrays, Hygiene und Gesundheit“ in Frankfurt a. M. (Hessen), 26.-27.01.2004

SCHWONBECK, S., EHRENTREICH-FÖRSTER, E.,KRAUSE-GRIEP, A., SCHELLHASE, M.:„Parallel SNP Study with Immobilised PCR Products on Glassy Surfaces“.Poster anlässlich des Statusseminars der DECHE-MA „Mikroarrays, Hygiene und Gesundheit“ in Frankfurt a. M. (Hessen), 26.-27.01.2004

GAJOVIC-EICHELMANN, N., EHRENTREICH-FÖRSTER, E., SCHMIDT, P.M., HENKEL, J., BIER, F.F.: „Active Arrays-Time Resolved Analysisin Microarrays for Binding Kinetics and Enzymatic Activities“.Vortrag anlässlich der International Conference„LabAutomation2004“ in San Jose (Kalifornien), 01.-05.02.2004

BIER, F.F., HÖLZEL, R., CHRISTMANN, A., GAJOVIC-EICHELMANN, N., HENKEL, J., VON NICKISCH-ROSENEGK, M.: „Nanoarrays –A Bottom-up Method to Create NanometerAddressable Lateral Surface Structures by Use ofNucleic Acids“.Vortrag anlässlich der International Conference„LabAutomation2004“ in San Jose (Kalifornien), 01.-05.02.2004

RIMMELE, M., EHRENTREICH-FÖRSTER, E.: „Biosensor to Detect Traces of Explosives byMeans of Aptamers with a Fibre-Optic System“.Poster anlässlich des 14th General Meeting desBundesamts für Wehrtechnik und Beschaffungin Berlin (Berlin), 16.-20.02.2004

RIMMELE, M., EHRENTREICH-FÖRSTER, E.:„Aptamer Sensor to Detect EnviromentalHazards in Soil with a Fibre-Optic System“.Poster anlässlich des 14th General Meeting desBundesamts für Wehrtechnik und Beschaffungin Berlin (Berlin), 16.-20.02.2004



EHRENTREICH-FÖRSTER, E., GAJOVIC-EICHEL-MANN, N., SCHELLHASE, M., BIER, F.F.:„Immobilization of Oligonucleotides in ArbitraryLines using Non-Contact Spotting Technique“.Poster anlässlich des Workshops „MultianalyteBiosensing Devices“ in Tarragona (Spanien), 18.-22.02.2004

BIER, F.F., SCHWONBECK, S., KRAUSE-GRIEP, A.,SCHELLHASE, M., EHRENTREICH-FÖRSTER, E.:„SNP Analysis on the „BIOMIC“ Chip“.Poster anlässlich des Workshops „MultianalyteBiosensing Devices“ in Tarragona (Spanien), 18.-22.02.2004

BIER, F.F.: „Gewicht und Gleichgewicht durchKooperationen – Erfolgreiche Netzwerke“.Vortrag anlässlich der BIONNALE an der Berlin-Brandenburgischen Akademie der Wissen-schaftenin Berlin (Berlin), 10.03.2004

ANDRESEN, D., EHRENTREICH-FÖRSTER, E.,VONNICKISCH-ROSENEGK, M., KUHN, M., BIER F.F.:„Entwicklung von DNA-Chips für Anwen-dungen in der Lebensmitteldiagnostik“.Poster anlässlich des 6. Fachsymposiums derFachgruppe Lebensmittelmikrobiologie und -hygiene in Suhl (Thüringen), 10.-12.03.2004

BIER, F.F.: „Biomolekulare Nanostrukturierungvon Oberflächen mittels Nukleinsäuren“.Vortrag anlässlich des BioFuture Statusseminarsin der Akademie der Wissenschaften in Berlin (Berlin), 17.03.2004

BIER F.F.: „Optical Detection of DNA-ModifyingEnzymes on Immobilized Substrates“.Vortrag anlässlich der EUROPT(R)ODEVII Conference in Madrid (Spanien), 04.-07.04.2004

BIER, F.F.: „Oriented Immobilization of SingleDNA Molecules as a Tool“.Vortrag anlässlich der Conference „Foundationof Nanoscience“ in Snowbird, Utah (USA), 20.-24.04.1004

HÖLZEL, R., BIER, F.F.: „Monitoring Dielectrophoretic Collection of DNA by Imped. Spectroscopy“.Poster anlässlich des Workshops „DNA-basedMolecular Electronics“ in Jena (Thüringen), 13.-15.05.2004

HÖLZEL, R., CALANDER, N., WILLANDER, M.,BIER, F.F.: „Trapping Single Protein Molecules inElectric Fields“.Vortrag anlässlich des Biosensor Worldcongress in Granada (Spanien), 24.-26.05.2004

GAJOVIC-EICHELMANN, N.: „Optischer Biosensor zum Nachweis von Sprengstoffen amBeispiel von TNT“.Vortrag anlässlich des Workshops „Mobile Sensorik für Explosivstoffspezifische Verbin-dungen (MoSEV)“ in Rheinbach, 27.05.2004

ANDRESEN, D., EHRENTREICH-FÖRSTER, E.,BIER, F.F., KUHN, M.: „Development of a DNA-Chip for Detection of Food Allergens“.Poster anlässlich des Biosensor Worldcongress in Granada (Spanien), 24.-26.05.2004

NAGEL, T., SCHMIDT, P.M., HEISE, C., EHREN-TREICH-FÖRSTER, E., SINGH, M., BIER F.F.:„Label Free Detection of Tuberculosis Infectionin Blood Serum“.Poster anlässlich des Biosensor Worldcongress in Granada (Spanien), 24.-26.05.2004

GAJOVIC-EICHELMANN, G., BIER, F.F.: „BothElectrochemical and Fluorimetric Trace LevelDetection of H2O2 in Exhale Breath Conden-sates with a Versatile Peroxidase Based Assay“.Poster anlässlich des Biosensor Worldcongress in Granada (Spanien), 24.-26.05.2004

GAJOVIC-EICHELMANN, N.: „Detektions-techniken für die Biochip-Analyse“.Vortrag anlässlich des BioHyTec-Workshops in Nuthetal (Brandenburg), 09.09.2004

BIER, F.F.: „Biochips und Biomems für die medi-zinische Diagnostik, Stand und Perspektiven“.Vortrag anlässlich des Symposiums „Mikroelek-tronik im Brennpunkt der High Tech Industrie“ in Dresden (Sachsen), 15.09.2004

ANDRESEN, H., GRÖTZINGER, C., ZARSE, K.,HOLLIDT, J., EHRENTREICH-FÖRSTER, E., BIER, F.F.: „Development of Peptide Chips forBiomedical Applications“.Poster anlässlich der Herbsttagung der GBM in Münster (Nordrhein-Westfalen), 19.-22.09.2004

VON NICKISCH-ROSENEGK, M., EHRENTREICH-FÖRSTER, E., UMANN, B., GRYCHTA, A., BIER, F.F.: „Synthetic and Recombinant Zinc Fingers as a Nano-Adressable Probe to Double-stranded DNA Structures“.Poster anlässlich der Herbsttagung der GBM in Münster (Nordrhein-Westfalen), 19.-22.09.2004

BIER, F.F.: „Nanostrukturierung von Oberflächenfür die Bioanalytik“.Vortrag anlässlich des 12. Heiligenstädter Kolloquiums „Technische Systeme für Bio-technologie und Umwelt“ in Heiligenstadt (Thüringen), 27.-29.09.2004

BIER, F.F.: „Nanostructured Surfaces: Functionsand Applications“.Vortrag anlässlich des 4th International Work-shop on Biomedical Applications of Nanotech-nology (NanoMed 2004) in Berlin (Berlin), 14.-15.10.2004

EHRENTREICH-FÖRSTER, E., HEISE, CH., GAJOVIC-EICHELMANN, N., SCHWONBECK, S.,SCHMIDT, P.M., BIER, F.F.: „Biochips – Einsatz-möglichkeiten im Laboralltag“.Laborpraxis – Journal für Labor, Analytik undLife Science, Januar/Februar 2004, 28. Jahrg.;16 –18

SCHWONBECK, S., KRAUSE-GRIEP,. A., GAJOVIC-EICHELMANN, N., EHRENTREICH-FÖRSTER, E., BIER, F.F.: „Cohort Analysis of a Single Nucleotide Polymorphism on DNA Chips“.Biosensors & Bioelectronics, 20/5, 956-966,2004

VON NICKISCH-ROSENEGK, M., MARSCHAN, X., ANDRESEN, D., ABRAHAM, A.,HEISE, CH., BIER, F.F.: „On-Chip PCR Amplification of Very Long Templates usingImmobilized Primers on Glassy Surfaces“.Biosensors & Bioelectronics, in press

HEISE, CH., EHRENTREICH-FÖRSTER, E., REISS, E., BIER, F.F.: „Covalent Attachment of Oligonucleotides onto Aminated Glass Surfacesusing Chloroformic Butyric Ester“.Analytical and Bioanalytical Chemistry, eingereicht



HÖLZEL, R., CALLANDER, N., WILLANDER, M.,BIER, F.F.: „Trapping Single Protein Molecules inElectric Field Cages“.Angewandte Chemie, in press

BIER, F.F., EHRENTREICH-FÖRSTER, E., SCHMIDT, P.M.: „Real-Time Analysis on Microarrays“.Analytical and Bioanalytical Chemistry 378, 52-53, 2004; DOI 10.1007/s00216-003-2375-2

SCHELLER, F.W., BIER, F.F.: „Analytical Biochemistry“.Analytical and Bioanalytical Chemistry 378, 1-2,2004; DOI 10.1007/s00216-003-2239-9

RIMMELE, M., EHRENTREICH-FÖRSTER, E.:„Nukleinsäuren als biochemische Fänger-moleküle“.BIOforum 04/2004, 68-69

HÖLZEL, R., BIER, F.F.: „Monitoring Dielectro-phoretic Collection of DNA by Impedance Measurement“.in Fritzsche W. (Hrsg.) „DNA-based MolecularElectronics” AIP Conference Proceedings 725,Issue1, 77-83, 2004

LETTAU, K., GAJOVIC-EICHELMANN, N., KWAK, Y.K., SCHELLER, F., WARSINKE, A.:„Hydroxylasen und katalytische Polymere fürBiochips“.BIOforum 6/2004; 58-59

GAJOVIC-EICHELMANN, N., BIER, F.F.:„Novel Electrochemical Assay for H2O2 Deter-mination in Aqueous Solutions: A Non Time-Cri-tical Method for H2O2 Trace Level Detection“.Veröffentlichung in Electroanalysis 2004 (in press)

NÜBEL, U., SCHMIDT, P.M., REISS, E., BIER, F.F.,BEYER, W., NAUMANN, D.:„Oligonucleotide Microarray for Identification of Bacillus Anthracis based on intergenic transcribed Spacers in ribosomal DNA“FEMS Microbiology Letters 240, 215-223, 2004

Abteilung Zelluläre Biotechnologie & Biochips

DUSCHL, C.: „Biochips as Tools for Molecularand Cellular Analytics“.Vortrag anlässlich der Evaluierung der „International Max-Planck Research School onBiomimetic Systems”, Max-Planck Institut fürKolloid- und Grenzflächenforschungin Golm (Brandenburg), 23.04.2004.

DUSCHL, C., BISKUP, T., JOOS, U., KRIEGSMANN, J., PILARCZYK, G., WESTPHAL, I.,SCHMIDT, R., EDINGER, K.: „Tools for the Mani-pulation and Analysis of Biological Particles“.Vortrag anlässlich des „Heiligenstädter Kolloquiums, Technologische Systeme für Biotechnologie und Umwelt”in Heilbad Heiligenstadt (Thüringen), 27.-29.09.2004.

DUSCHL, C.: „Devices for the Manipulation andAnalysis of Cells and Biological Particles“.Vortrag anlässlich der „Autumn school - Molecular interactions on a micro- and nanometer scale of the LCPPM”, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausannein Rosenlaui (Schweiz), 20.-24.09.2004.

DUSCHL, C.: „Interaction of Cells and BiologicalParticles with Nanoscopic Systems“.Vortrag anlässlich „The 8th Annual EuropeanConference on Micro & Nanoscale Technologiesfor the Biosciences 2004“in Montreux (Schweiz), 16.–18.11.2004.

SCHWARZ, S.: „Professor Dr. Klaus Gersonde 70 Jahre“. Saarländisches Ärzteblatt 06/2004, 14, 2004

Arbeitsgruppe Lab-on-Chip-Technologie

DUSCHL, C., GEGGIER, P., JÄGER, M., STELZLE, M., MÜLLER, T., SCHNELLE, T., FUHR, G.: „Versatile Chip-Based Tools for theControlled Manipulation of Microparticles inBiology Using High Frequency ElectromagneticFields“. in „Lab on Chips for Cellomics“, editedby H. Andersson and A. van den Berg, Springer2004, S. 83-122

FELTEN, M.: „Travelling Wave-Driven Electro-hydrodynamic Pumping of Fluids“.Vortrag anlässlich des „4th international meeting on electrowetting” in Blaubeuren (Baden-Württemberg), 06.-08.09.2004

FELTEN, M.: „Electrodynamic Pumping of FluidsThrough Confined Geometries“.Poster anlässlich der „Soft matter days 2004” in Kerkrade (Niederlande), 16.-19.11.2004

Arbeitsgruppe Zell-Assay-Entwicklung

PILARCZYK, G., JOOS, U., WESTPHAL, I., KAHL, H.: „Mikroskopieren im EvaneszentenFeld: Die TIRF Mikroskopie ermöglicht neue Einsichten in lebende Kulturzellen“.Biospektrum, Nr. 2, 2004, 10. Jahrgang, p. 205-206Spektrum Akademischer Verlag, Elsevier GmbH, in Heidelberg (Rheinland-Pfalz), Applikationsbericht

WESTPHAL, I., CLAUSEN-SCHAUMANN, H., PILARCZYK, G., DUSCHL, C.: „Combination ofAFM and TIRF on Cell Traces“.Eingeladener Vortrag anlässlich des 2nd Inter-national JPK-Workshop „Atomic Force Microscopy in Life Sciences”in Heidelberg (Rheinland-Pfalz), 15.-17.03.2004

PILARCZYK, G., JOOS, U., WESTPHAL, I.,KRIEGSMANN, J., DUSCHL, C.: „The Visualisa-tion of Cell Physiologic Properties under theInfluence of User Designed Surfaces“.Eingeladener Vortrag anlässlich des 2nd Inter-national Workshop for Slight Based Cytometry,Herzzentrum Leipzigin Leipzig (Sachsen), 15.-17.03.2004

PILARCZYK, G., JOOS, U., WESTPHAL, I., KAHL, H.: „Evanescent Field Microscopy: TIRFMicroscopy Provides New Insight Into Living Culture Cells“.Imaging and Microscopy, Research DevelopmentProduction, Vol. 6; June 2004, p. 30-31, GIT Verlagin Darmstadt (Hessen), Applikationsbericht



WESTPHAL, I., CLAUSEN-SCHAUMANN, H.,LÖBBE, C., FUHR, G.R.: „Den Zellen auf derSpur - Moderne Mikroskopie macht Bio-Nanoröhrchen sichtbar“.BIOforum Forschung & Entwicklung, SpecialZellbiologie, Nr. 1, April 2004, Seiten 30 - 31,GIT – Verlagin Darmstadt (Hessen), Applikationsbericht

PILARCZYK, G., JOOS, U., WESTPHAL, I.,KRIEGSMANN, J., BISKUP, T., ERNST, O.,DUSCHL, C.: „The Cell to Substrate Interface:Analysis of Surface Contacts for Cell Stimulation“.Eingeladener Vortrag, Zentrum für Systematische Neurowissenschaftenin Hannover (Niedersachsen), 22.07.2004

LEMOR, R.M., WEISS, E., ZININ, P., PILARCZYK, G.: „Mechanical Properties ofSingle Cells-Measurement Possibilities usingTime Resolved Scanning Acoustic Microscopy“.IEEE- Meeting on Ultrasonics and Ferroelectricsin Montreal (Kanada), August 2004Invited Lecture and Proceedings and Transactions (referiert)

JOOS, U., ERNST, O., BISKUP, T., KRIEGSMANN, J., WESTPHAL, I., PILARCZYK, G.:„TIRF Microscopy: Adherent Cells in the Evanescent Field“.Eingeladener Vortrag anlässlich der Berliner Tageder Mikroskopie und Digitalen Bildverarbeitung,Olympus Deutschlandin Berlin (Berlin), 07.-09.09.2004

BISKUP, T., JOOS, U., KRIEGSMANN, J., HEISE, C., WESTPHAL, I., PILARCZYK, G.,DUSCHL, C.: „Chemically Modified Glass Surfaces for the Growth of Culture Cells Examined by Light Microscopy“.Poster anlässlich der Herbsttagung der Gesell-schaft für Biochemie und Molekularbiologie,Westfälische Wilhelms-Universitätin Münster (Nordrhein-Westfalen), 19.-22.09.2004

JOOS, U., KRIEGSMANN, J., WESTPHAL, I., PILARCZYK, G., DUSCHL, C.: „Investigation ofFocal Adhesion Patterns of Migrating, Contrac-tive and Sessile Cells by TIRF Microscopy“.Vortrag und Symposial-Publikation anlässlich der38. DGBMT Jahrestagung BMT 2004, Universität Ilmenauin Ilmenau (Thüringen), 22.-24.09.2004

KRIEGSMANN, J., JOOS, U., WESTPHAL, I., PILARCZYK, G., DUSCHL, C.: „Ein Zwei-Zelltyp-System zur Untersuchung von Integrin-Disinte-grin-Wechselwirkungen zwischen Endothel- undFibroblastenzellen“.Vortrag und Symposial-Publikation anlässlich der38. DGBMT Jahrestagung BMT 2004, Universität Ilmenauin Ilmenau (Thüringen), 22.-24.09.2004

WESTPHAL, I., CLAUSEN-SCHAUMANN, H.,JOOS, U., KRIEGSMANN, J., PILARCZYK, G.,DUSCHL, C.: „Investigation of Cell Traces bySimultaneous Atomic Force and Immunofluores-cence Microscopy“.Vortrag und Symposial-Publikation anlässlich der 38. DGBMT Jahrestagung BMT 2004, Universität Ilmenauin Ilmenau (Thüringen), 22.-24.09.2004

DUSCHL, C., BISKUP, T., JOOS, U., KRIEGSMANN, J., PILARCZYK, G., WESTPHAL, I.,SCHMIDT, R., EDINGER, K.: „Tools for the Mani-pulation and Analysis of Biological Particles“.Vortrag anlässlich des „Heiligenstädter Kolloquiums, Technologische Systeme für Bio-technologie und Umwelt”in Heilbad Heiligenstadt (Thüringen), 27.- 29.09.2004

JOOS, U., KRIEGSMANN, J., BISKUP, T., ERNST, O., WESTPHAL, I.,SCHMIDT, R., KAHL, H., PILARCZYK, G., DUSCHL, C.: „Adhesion Patterns of Migrating and SessileCells Viewed with TIRF Microscopy“.Vortrag anlässlich des 2nd International DFGSymposium: Cell Migration in Development andDisease, Universität Karlsruhein Karlsruhe (Baden-Württemberg), 10.-13.10.2004

WESTPHAL, I., CLAUSEN-SCHAUMANN, H.,JOOS, U., KRIEGSMANN, J., MORGENSTERN, B.,PILARCZYK, G., DUSCHL, C.: „Investigation ofCell Traces by Simultaneous Atomic Force andTIRF Microscopy“.Poster anlässlich des 2nd International DFGSymposium: Cell Migration in Development andDisease, Universität Karlsruhein Karlsruhe (Baden-Württemberg), 10.-13.10.2004

WESTPHAL, I., CLAUSEN-SCHAUMANN, H.,JÄGER, M., MORGENSTERN, B., PILARCZYK, G.,DUSCHL, C.: „Multiple Analysis of Single CellTraces Using a Combination of AFM, IRM, andTIRF Microscopy“.Poster anlässlich des 3rd International JPK-Workshop „Scanning Probe Microscopy in LifeSciences”in Berlin (Berlin), 13.10.2004

WESTPHAL, I., CLAUSEN-SCHAUMANN, H.,LÖBBE, C., FUHR, G. R.: „Den Zellen auf derSpur – Moderne Mikroskopie macht Bio-Nanoröhrchen sichtbar“.BIOforum Forschung & Entwicklung, spezialZellbiologie, GIT Verlag, Darmstadt (Hessen), pp. 30-31, April 2004

Arbeitsgruppe Extremophilen-Forschung

LEYA, T.: „Feldstudien und genetische Unter-suchungen zur Kryophilie der SchneealgenNordwestspitzbergens.“Shaker Verlag, Aachen, S. 145 (2004)

LEYA, T., MÜLLER, T., LING, H. U., FUHR, G. R.:„Snow Algae from North-Western Spitsbergen(Svalbard).“In „Reports on Polar and Marine Research“,Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeres-forschung (Hrsg.), Bremerhaven, in press, 2004

LEYA, T.: „CCCryo – Culture Collection of Cryophilic Algae: A Bioresource for VariousSecondary Metabolites from Snow Algae, andeurocryo: A Microsystem Based Cell Bank forHigh Density Sample Cryopreservation.”Vortrag anlässlich des COBRA Meetings (Theconservation of a vital European scientific andbiotechnological resource: microalgae and cyanobacteria)in Trebon (Tschechische Republik), 24.-26.03.2004

LEYA, T.: „CCCryo – Culture Collection of Cryophilic Algae: A Bioresource for VariousSecondary Metabolites from Snow Algae.“Vortrag anlässlich des Mid-term Alginet Mee-tingsin Riga (Lettland), 15.-16.07.2004



Arbeitsgruppe Zelldifferenzierung & Zelltechnologie

VOLLBRANDT, T., WILLKOMM, D., STOßBERG, H., KRUSE, C.: „Vigilin is Colocalized with 80S Ribosomes and Binds tothe Ribosomal Complex through its C-terminalDomain”.Int. J. Biochem. Cell Biol. 36/2004; 1306-1318

KRUSE, C., BIRTH, M., ROHWEDEL, J.,ASSMUTH, K., GOEPEL, A., WEDEL, T.: „Pluripotency of Adult Stem Cells Derived fromHuman and Rat Pancreas”.Appl. Phys. A 2004; DOI: 10.1007/s00339-004-2816-6

KRUSE, C.: „Untersuchungen zur Differen-zierung embryonaler Stammzellen in Pankreas-zellen“.Vortrag im Rahmen des Arbeitskreises „Stammzellen und regenerative Medizin“ ander Universität zu Lübeck in Lübeck (Schleswig-Holstein), 26.01.2004

KRUSE, C.: „Zum Stand der Stammzellen-forschung“.Vortrag anlässlich des Festkolloquiums des IBMTin Saarbrücken (Saarland), 03.09.2004

KRUSE, C.: „Untersuchungen zur Differen-zierungsfähigkeit pankreatischer Stammzellen“.Vortrag im Biologischen Kolloquium der Universität Rostock in Rostock (Mecklenburg-Vorpommern),21.10.2004

HOSS, M., TRETBAR, S.H., LEMOR, R.M., RITZ, J.-P., CAPPIUS, H.-J.: „3-D-Ultraschall zurKontrolle thermischer Therapien – In-vivo-Ergebnisse“.Vortrag anlässlich der 38. Jahrestagung derDeutschen Gesellschaft für BiomedizinischeTechnik in Ilmenau (Thüringen), 22.-24.09.2004

ZWICK, S., GÜNTHER, C., HOSS, M., WELSCH, H.-J., SCHMITZ, G., LEMOR, R.M.:„Programmierung einer Ultraschall Forschungs-plattform – Schnittstelle zwischen Beamformingund Simulation“.Vortrag anlässlich der 38. Jahrestagung derDeutschen Gesellschaft für Biomedizinische Technik in Ilmenau (Thüringen), 22.-24.09.2004

HEWENER, H.J., HOSS, M., TRETBAR, S.H.,LEMOR, R.M.: „3-D-Ultraschall-Punktionshilfezur Verbesserung der Applikatroführung bei derinterstitiellen Hochfrequenz-Therapie (HFITT)“.Vortrag anlässlich der 38. Jahrestagung derDeutschen Gesellschaft für BiomedizinischeTechnik in Ilmenau (Thüringen), 22.-24.09.2004

FEDERSPIL, P.A., TRETBAR, S.H., GEISTHOFF, U.W., PLINKERT P.K.: „Direct Coup-ling for Ultrasound Based Skull Bone ThicknessMeasurement via a Flexible Delay Line“.Vortrag anlässlich der 3. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Computer- undRoboterassistierte Chirurgie (CURAC) in München (Bayern), 08.-09.10.2004

GEISTHOFF, U.W., TRETBAR, S.H., FEDERSPIL, P.A., PLINKERT, P.K.: „UltrasoundBased Navigation for Robotic Drilling at theLateral Skull Base“.Vortrag anlässlich der CARS 2004 ComputerAssisted Radiology and Surgery18th International Congress and Exhibition in Chicago (USA), 23.-26.06.2004

Abteilung Ultraschall

Arbeitsgruppe Ultraschall-Systementwicklung

WEBER, P.K., LEMOR, R.M.: „Systems for Research and Development in Medical Ultrasound Imaging“.Artikel in der Zeitschrift Medical Device Technology, Juni 2004

Arbeitsgruppe Biomedizinische Ultraschallforschung

WEBER, P.K., LEMOR, R.M.: „Systems for Research and Development in Medical Ultra-sound Imaging“.Artikel in der Zeitschrift Medical Device Technology, 06/01 2004

LEMOR, R.M., CAPPIUS, H.-J.: „Bestimmung derLäsionsgröße bei der interstitiellen Thermo-therapie durch Ultraschall in vivo“.Vortrag anlässlich des 18. Treffpunkts Medizin-technikin Berlin (Berlin), 27.05.2004

NIEDERHAUSER, J., FRENZ, M., WEBER, P.K.,LEMOR, R.M.: „Novel Real-Time OptoacousticSystem for In Vivo High Contrast Vascular Imaging“.Accepted for publication in IEEE Transactions onMedical Imaging Special Issue on Vascular Imaging 2004

LEMOR, R.M., WEISS, E.C., PILARCZYK, G.,ZININ, P.V.: „Mechanical Properties of SingleCells - Measurement Possibilities using TimeResolved Scanning Acoustic Microscopy“.Invited talk, 2004 IEEE International UltrasonicsSymposiumin Montréal (Kanada), 24.-27.08.2004

TRETBAR, S.H., FEDERSPIL, PH.A., GÜNTHER, C.,PLINKERT, P.H.: „Ultraschall-Dickenmessung derSchädelkalotte zur Registrierung bei navigiertenEingriffen an der lateralen Schädelbasis“.Vortrag anlässlich der 38. Jahrestagung derDeutschen Gesellschaft für BiomedizinischeTechnik in Ilmenau (Thüringen), 22.-24. 09.2004

WEISS, E.C., BARTHOLOMÄ, P., PILARCZYK, G.,LEMOR, R.M.: „Akustomikroskopische Messungder elastischen Eigenschaften von Kardio-myozyten während der Kontraktion“. Vortraganlässlich der 38. Jahrestagung der DeutschenGesellschaft für Biomedizinische Technik in Ilmenau (Thüringen), 22.-24.09.2004



Arbeitsgruppe Medizin-Telematik

KIEFER, S., SCHÄFER, M., SCHERA, F., NIEDERLÄNDER, H., ROHM, K.: „Schlaganfall-Teleservice Saar: Selbstkritische Analyse einesPilotversuches zur Schlaganfallnachsorge mitHilfe einer telemedizinischen Homecare-Plattform“.In „Vernetzte Medizin“, Telepolis, Phillipp Grätzel von Grätz (Hrsg.), 104-112, Heise Verlag, (2004)

KIEFER, S., SCHÄFER, M., SCHERA, F., KRUSE, J.:„TOPCARE - A Telematic Homecare Platform forCo-operative Healthcare Provider Networks“.Vortrag anlässlich der 38. Jahrestagung derDeutschen Gesellschaft für BiomedizinischeTechnikin Ilmenau, Deutschland, 22.-24.09.2004

Abteilung Kryobiophysik & Kryotechnologie

ZIMMERMANN, H.: „Kryobiotechnologie alsVoraussetzung für die zelluläre Biotechnologie“.Eingeladener Vortrag im ForschungszentrumKarlsruhe (FZK),Karlsruhe (Baden-Württemberg), 20.01.2004

ZIMMERMANN, H.: „Cryobiotechnology – A Requirement for the Cellular Biotechnology“.Vortrag anlässlich der NANOTECHin Tokio (Japan), 17.03.2004

ZIMMERMANN, H.: „Low Temperature Electronics and Cryobiotechnology“.Vortrag anlässlich des Delegationsbesuches derSaarland Economic Promotion Corporation imRiken Discovery Research Institutein Tokio (Japan), 18.03.2004

ZIMMERMANN, H.: „Cryobiotechnology – A Requirement for the Cellular Biotechnology“.Vortrag anlässlich des Korea – Germany Nano &Technology Workshopin Seoul (Korea), 23.03.2004

FUHR, G. R., ZIMMERMANN, H.: „Cryoconservation and Miniaturisation for aResearch Cell Bank“.Vortrag anlässlich des Cooperation Forum„Technologies for Stem Cells“,im Zentralinstitut für Medizintechnik der TU München, Bayern Innovativ,in München (Bayern), 19.05.2004

VOLKE, F., MANZ, B., HILLGÄRTNER, M., ZIMMERMANN, H., ZIMMERMANN, D., ZIMMERMANN, U.: „Determination of theCross–Linking Properties of Alginates by usingAdvanced NMR Imaging and Cu2+ as ContrastAgent“. Vortrag anlässlich der International Conference„Strategies in Tissue Engineering“in Würzburg (Bayern), 17.-19.06.2004

ZIMMERMANN, H.: „Mikrosystembasierte Zellbanken“.Vortrag anlässlich des Workshops „Mikro-systemtechnik in Lifescience und Biotechnolo-gie“, auf Schloss Birlinghovenin St. Augustin (Nordrhein-Westfalen),18.06.2004

VOLKE, F., FUHR, G. R., KÖNIG, K., MANZ, B.,ZIMMERMANN, U., RIEMANN, I., ZIMMERMANN, H.: „Miniaturization in Biotechnology“. Eingeladener Vortrag vor der Bionanotechno-logy IRC Discussion Group, Department of Biochemistry, University of Oxford in Oxford (UK), 29.06.2004

ZIMMERMANN, H., IHMIG, F. R., Ehrhart, F.,KATSEN, A. D.: „Miniaturisierte Kryokonser-vierung für die zelluläre Biotechnologie“.Vortrag anlässlich des 12. Heiligenstädter Kolloquiumsin Heiligenstadt (Thüringen), 29.09.2004

MANZ, B., HILLGÄRTNER, M., ZIMMERMANN, H., ZIMMERMANN, D., VOLKE, F., ZIMMERMANN, U.: „Cross-LinkingProperties of Alginate Gels Determined by usingAdvanced NMR Imaging and Cu(2+) as Contrast Agent.“European Biophysical Journal, Vol. 33 (2004), S. 50-58.

ZIMMERMANN, U., SUKHORUKOV, V. L.,MIMIETZ, S., FUHR, G. R., ZIMMERMANN, H.,ZIMMERMANN, D., LUCAS, K.: „Nanobiodetector-Potential and Prospects.“Meeting on Sensors and Measuring Systems,15.-16.03.2004, Sensors and MeasuringSystems (2004), S. 635-641

REUSS, R., LUDWIG, J., SHIRAKASHI, R., EHRHART, F., ZIMMERMANN, H., SCHNEIDER,S., WEBER, M. M., ZIMMERMANN, U., SCHNEIDER, H., SUKHORUKOV, V. L.: „Intracellular Delivery of Carbohydrates intoMammalian Cells through Swelling – ActivatedPathways“.Journal of Membrane Biology, Vol. 200 (2004), S. 67-81

REUSS, R., SHIRAKASHI, R., EHRHART, F., ZIMMERMANN, H., ZIMMERMANN, U., SCHNEIDER, H., SUKHORUKOV, L.: „Introduction of Carbohydrates into HumanLymphocytes through Swelling – ActivatedChannels“.Posterbeitrag anlässlich des International Forumon Heat Transfer (IFHT2004)in Kyoto (Japan), 24.-26.11.2004

IHMIG, F. R., SHIRLEY, S. G., ZIMMERMANN, H.:„Electronic Memory Devices for CryobiologicalApplications“.Proc. of the Sixth European Workshop on LowTemperature Electronics – WOLTE-6.ESTECin Noordwijk (Niederlande), 23.–25.06.2004, S. 153-160

ZIMMERMANN, H., KATSEN, A. D., IHMIG, F. R.,DURST, C. H. P., SHIRLEY, S. G., FUHR, G. R.:„First Steps of an Interdisciplinary Approachtowards Miniaturised Cryopreservation for Cellular Nanobiotechnology“.IEEE Proc.–Nanobiotechnol. (2004), im Druck.

ZIMMERMANN, H., IHMIG, F. R., SHIRLEY, S. G.:„A Low Cost Test Stage for Testing Electronics between Room and Liquid NitrogenTemperatures“.Proc. of the Sixth European Workshop on LowTemperature Electronics – WOLTE-6.ESTECin Noordwijk (Niederlande), 23.–25.06.2004, S. 287-293

DURST, C. H. P., IHMIG, F. R, HOTZ, G., ZIMMERMANN, H.: „The Demand for Low Temperature Electronics in Cell Cryobank Data-bases“.Proc. of the Sixth European Workshop on LowTemperature Electronics – WOLTE-6.ESTECin Noordwijk (Niederlande), 23.–25.06.2004, S. 279-286

ZIMMERMANN, H., FUHR, G. R.: „Kryobiotech-nologie: Lebende Zellen on demand“.Trendbarometer Technik, Herausgeber Bullinger,H. J., Hanser-Verlag, München, (2004)

SCHNEIDER, S., FEILEN, P. J., BRUNNENMEIER, F.,MINNEMANN, T., ZIMMERMANN, H., ZIMMERMANN, U., WEBER, M. M.: „Long-term Graft Function of Adult Rat andHuman Islets Encapsulated in Novel Alginate-based Microcapsules after Transplantation inImminocompetent Diabetic Mice“.Diabetes, akzeptiert.

ZIMMERMANN, H., KATSEN, A. D., FIEDLER, S.,ZWANZIG, M., SHIRLEY, S. G.: „Cell Preservation on Nanostructured Surfaces“.Posterbeitrag anlässlich der Nanofairin Karlsruhe (Baden-Württemberg), 23.-24.11.2004

ZIMMERMANN, H., ZIMMERMANN, D., REUSS, R., FEILEN, P. J., MANZ, B., KATSEN, A.,WEBER, M., IHMIG, F. R., EHRHART, F., GEßNER, P., BEHRINGER, M., STEINBACH, A.,WEGNER, L. H., SUKHORUKOV, V. L., VÁSQUEZ, J. A., SCHNEIDER, S., WEBER, M. M.,VOLKE, F., WOLF, R., ZIMMERMANN, U.:„Towards a Medically approved Technology forAlginate-based Microcapsules allowing Long-term immunoisolated Transplantation“.J. Mater. Sci. Mater. Medicine, im Druck



Arbeitsgruppe Kompetenzzentren

SCHNEIDER, A.: „New Possibilities in Biomedical Device Development through Microtechnologies“.Vortrag anlässlich der MDT Exhibition & Conference 2004in Birmingham (Great Britain), 11.02.2004

SCHNEIDER, A., STIEGLITZ, T.: „Implantable Flexible Electrodes for Functional Electrical Stimulation“.Artikel in der Zeitschrift Medical Device Technology, 01/02 2004

Koch, K. P., Stieglitz, T.„Vorrichtung zur elektrischen Kontaktierungvon Nerven“Patentanmeldung 10 2004 031 377.629.06.2004, 04F45046-IBMT

Fuhr, G. R., Schön, U., Oh, Y.-J.„Verschluss für eine Kühlbehälteröffnung“Patentanmeldung 10 2004 008 496.3 Prioritätstag: 20.02.2004, 04F45047

Koch, K. P.„Vorrichtung zur Reduzierung von Schlaf-Apnoe“Patentanmeldung 10 2004 031 376.8AT: 29.06.2004, 04F45061-IBMT

Fuhr, G. R.„Magnetische Manipulation von biologischenProben“Patentanmeldung 10 2004 009 985.5AT 01.03.2004, 04F45097-IBMT

Koch, K. P.„Elektrische Verbindungsleitung für implantierteKomponenten sowie Verfahren zur Herstellung“Patentanmeldung 10 2004 035 002.7AT 20.07.2004, 04F45102-IBMT

Fuhr, G. R., Zimmermann, H., Thielecke, H.„Verfahren und Vorrichtungen zum Transferbiologischer Zellen zwischen einem Träger undeiner Sonde“PCT-Anmeldung PCT/EP2003/013581entsprechend DE 103 07 487.2AT 02.12.2003, 04F45106

Stieglitz, T., Federspil, D., Thielecke, H.„Vorrichtung zur spanenden Material-bearbeitung, insbesondere für medizinischeAnwendungen“Patentanmeldung 10 2004 035 001.9AT 20.07.2004, 04F45107-IBMT

Patente



Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik (IBMT)Ensheimer Straße 4866386 St. IngbertTelefon: +49 (0) 6894/980-0Fax: +49 (0) 6894/[email protected]://www.ibmt.fraunhofer.de(deutsch/englisch)

Leitung:Prof. Dr. Günter R. [email protected]

MarketingleitungPresse- und ÖffentlichkeitsarbeitRedaktion:Dipl.-Phys. Annette Eva MaurerTelefon: +49 (0) 6894/980-102Fax: +49 (0) 6894/[email protected]

Satz und Layout:Ottweiler Druckerei und Verlag GmbHJohannes-Gutenberg-Straße66564 Ottweiler

Impressum


Leistungen und Ergebnisse Jahresbericht 2004 · dass zukünftige Kryobanken zur Abla-ge von...

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