Leistungen und Ergebnisse Jahresbericht 2005 · schalls, von Deutschland ausgingen, so beunruhigt...

Leistungen und ErgebnisseJahresbericht 2005

Dokument 1 05.12.2005 13:14 Uhr Seite 1

Jahresbericht 2005 1

Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik IBMT

Jahresbericht 2005

Tierische Zellen und Zellfilamente auf nanostrukturiertem Substrat. (Foto: H. Zimmermann)

05_051349frin_GFB 02.12.2005 15:42 Uhr Seite 1

2 Jahresbericht 2005

Die Jahresberichte der Fraunhofer-Insti-tute verfolgen mehrere Ziele. Sie die-nen einmal der Fraunhofer-Gesellschaftund den übergeordneten staatlichenStellen als jährlicher Beleg der geleiste-ten Forschungs- und Entwicklungsar-beiten in übersichtlicher und aufgear-beiteter Form. Darüber hinaus sind sieaber auch Akquisitions- und Werbe-mittel der Institute. Aus den Projektsta-tistiken des IBMT geht hervor, dass zueinem nicht unerheblichen Prozentsatzneue Kunden, wissenschaftliche Part-ner oder zukünftige Mitarbeiter überdie Jahresberichte erreicht und Projekteinitiiert wurden.

Im Jahr 2005 sind mehr als 300 Projek-te in den Institutsteilen des IBMT in St.Ingbert, Potsdam, Berlin, Lübeck undShenzhen (China) bearbeitet worden.Berichterstattungen, die nicht in allenForschungseinrichtungen mit Enthusi-asmus angefertigt werden, sind amIBMT seit Jahren nicht unbeliebt, weilsie in der vorliegenden Form vonjedem Mitarbeiter repräsentativ im Forschungs- und Entwicklungsalltaggenutzt werden können. Hinzu kommtfür viele Mitarbeiter der Vorteil, laufen-de Arbeiten bereits berücksichtigt undeingebettet in die Gesamtjahresleis-tung des Instituts gegenüber Drittenpräsentieren zu können.

Über die Jahrzehnte haben wir dasDesign und die Inhalte variiert und indiesem Jahr ein sehr kompaktes Heftzusammengestellt. Hilfreich in diesemProzess der Optimierung ist die Mög-lichkeit zum internen Vergleich derJahresberichte mit nunmehr 58 Institu-ten der Fraunhofer-Gesellschaft, dienach einem einheitlichen Design,jedoch mit individuellen Freiheitsgra-den jährlich ein eindrucksvollesGesamtbild dieser Gesellschaft derangewandten Forschung zeichnen. Wir hoffen, auch in diesem Jahr einegelungene Mischung aus Wissen-schaft, Technik und den medizinischenAnwendungen der Biowissenschaftenzusammengestellt zu haben. Über

Kommentare und Anregungen würdenwir uns freuen.

Traditionell steht die Einleitung demInstitutsdirektor zur Verfügung. Nebender Aufgabe der Einführung bietet sichdie Gelegenheit, allgemeine Gesichts-punkte zum Fachgebiet und denGeschäftsbereichen des Instituts anzu-sprechen. In der Regel sind das neueForschungs- und Entwicklungsfelderoder aber besondere Leistungen. Bei-des ist zu verzeichnen, wie die Arbeits-gruppenbeschreibungen, verliehenenPreise und Auszeichnungen belegen.

Das Fraunhofer-Institut für Biomedizini-sche Technik ist eines von fünf Institu-ten, die sich im Verbund Life Sciencesder Fraunhofer-Gesellschaft gruppierthaben. Um Überlappungen zu vermei-den, schärfen die Institute seit mehr alsvier Jahren ihre spezifischen For-schungs- und Entwicklungsprofile ininterner Absprache. Ansprechpartnerfür Auftraggeber aus Industrie, Politikund Wissenschaft sind und könnenjedoch nur die Institute selbst sein. ImNamen der Institute drückt sich mar-kant die wissenschaftliche Ausrichtungund das vom Vorstand zugedachteFeld der Kernkompetenzen aus. Umdiese herum entwickeln sich in freierund über die Jahre ändernder Formweitere Forschungs- und Geschäftsfel-der. Es gehört zur fairen und beför-dernden Konkurrenz der Instituteuntereinander, dass alle Institute prinzi-piell jedes Projekt, in welchem Wis-sensgebiet es auch immer angesiedeltist, annehmen und bearbeiten können,wenn sie sich apparativ und fachlichzur Lösung des Problems in der Lagefühlen. Ungeachtet dessen kann davonausgegangen werden, dass im Kernbe-reich die jeweils so benannten Instituteüber die größte Projekterfahrung undKompetenz in der Fraunhofer-Gesell-schaft verfügen.

Vorwort

Institutsleiter Prof. Dr. Günter Rolf Fuhr.



Die Besonderheit und Kernkompetenzdes Fraunhofer IBMT ist die Biomedi-zintechnik. Auch wenn dieser Begriffim deutschsprachigen Raum nicht ein-heitlich verwendet wird, verstehen diemeisten darunter den medizinischenGerätebau, die Entwicklung neuer Ver-fahren und Behandlungsweisen für dieMedizin und Pharmazie sowie dieangewandte Forschung und Entwick-lung der molekularen und zellulärenBiotechnologie. Seit beinahe 20 Jahrenwird am IBMT in einer zunehmendenZahl von Arbeitsgruppen Medizintech-nik, Biotechnologie und Bioinformatikbetrieben. Das Institut ist zum führen-den biomedizinischen Technologie-und Geräteentwickler der Fraunhofer-Gesellschaft aufgestiegen, mit nationa-ler und internationaler Ausstrahlungund Wertschätzung. Darauf sind wirund können alle Mitarbeiter dieser Ein-richtung stolz sein.

Eine der Gründungsabteilungen ist derUltraschall. Mit vier Arbeitsgruppenund einer Personalstärke von ca. 35Mitarbeitern stellt er in der Fraunhofer-Gesellschaft und wahrscheinlich in derForschungslandschaft Deutschlandsderzeit die größte Ultraschall-Entwick-lungskapazität überhaupt dar. Bedenktman, dass wesentliche Impulse ausTheorie und Praxis, vornehmlich fürmedizinische Anwendungen des Ultra-schalls, von Deutschland ausgingen, sobeunruhigt die bundesweit stetigabnehmende Forschungskapazität indiesem nachgefragten Technologiebe-reich. Wie die Digital Phased Array-Technik und die Transducerentwicklungder letzten Jahre am IBMT zeigt, ist dieUltraschallnutzung bei weitem nochnicht an einem Endpunkt angekom-men. Darauf hinzuweisen liegt mirbesonders am Herzen, da bundes- wieeuropaweit nur noch wenige ultra-schallorientierte Forschungsprogram-me laufen. Ungeachtet dessen ist dieindustrielle Nachfrage kontinuierlichsteigend. Das IBMT arbeitet hierbewusst azyklisch, verankert in demWissen, dass gerade in diesem Feld

Arbeitsplätze gehalten werden müssenund über Neugründungen von FirmenBeschäftigung auf hohem technischenNiveau generiert werden kann, wie wires am IBMT in den letzten Jahren ineiner Reihe von Ausgründungenbewiesen haben.

Die molekularbiologische Forschungließ in den letzten zwei Jahrzehnteneinen ganzen Wirtschaftszweig entste-hen. In ähnlicher Weise zieht nun dieZellbiologie mit Anwendungen im Tis-sue Engineering, vor allem aber derVorbereitung von Zelltherapien für dieRegenerative Medizin nach. Auch imJahre 2005 sind erhebliche Fortschritteim Verständnis und der Handhabungvon Stammzellen zu verzeichnen. Wel-cher Zelltyp der aussichtsreichste ist,ob die Differenzierungspotenz adulterStammzellen der embryonaler ent-spricht, oder ob diese Frage so über-haupt gestellt werden kann, blieboffen. Die Redifferenzierung von Zellenscheint ein weiterer Weg zur Gewin-nung von Zellpopulationen zu sein, dieüber die Fähigkeit verfügen, in Zellty-pen zu differenzieren, die nach einerGewebeschädigung zur selbstorgani-sierten Reparatur einsetzbar sind. AmIBMT wird derzeit in fünf öffentlichgeförderten Forschungsprojekten anadulten Stammzellen geforscht. Ganzohne Zweifel wäre die Beherrschungdes Differenzierungs- und Gewebebil-dungsverhaltens von Zellen der natür-lichste Weg zur Reparatur von Defek-ten und der gesteuerten Formationvon Gewebekonstrukten.

Im Rahmen des Integrierten Projektes»CellPROM« der Europäischen Unionverfolgen wir seit 18 Monaten denAnsatz, biologischen Zelloberflächen

nachgestaltete künstliche Oberflächenzur In-vitro-Differenzierung von Zellenanzubieten. Da Zellen im Organismuszumeist in Kontakt zu einer biologi-schen Matrix oder anderen Zellen ste-hen, sollte die Oberfläche mit einerVielzahl hochspezifischer Makromo-leküle neben den löslichen Phasen vonBedeutung sein, so der grundsätzlicheAnsatz. In Zusammenarbeit mit demInstitut Pasteur, der Universität inWien, mehrerer Gruppen an der Saar-ländischen Universität, aber auch inunserer neuen Arbeitsgruppe an derUniversität zu Lübeck haben wir in die-sem Jahr zeigen können, dass sogarallein über funktional auf Oberflächenimmobilisierte Zellmoleküle Zelldiffe-renzierungen vergleichbar denen dergegenwärtig fast ausschließlich prakti-zierten löslichen Applikation von Diffe-renzierungscocktails möglich sind. Diesist ein markanter Schritt hin zur Ent-wicklung neuer Gerätesysteme für diesanfte und hochparallele Zellhandha-bung, wie sie für die Medizin, Biotech-nologie und Pharmabranche immerbedeutungsvoller werden.

Auch die Ergebnisse im Zusammen-hang mit den Stammzellisolaten ausexokrinem Drüsengewebe sind bemer-kenswert. Eine Vielzahl sehr stabiler(bis zur 150sten Passage geführter)Kulturen liegen inzwischen vor. Hinzukommen unzählige Linien geklonterZellen, deren Eigenschaften die Erwar-tungen, die wir in diesen Stammzelltypgesetzt haben, voll bestätigen. Hervor-zuheben sind die für diesen Zelltypbemerkenswert guten Vermehrungsei-genschaften, die Neigung zur Gewebe-bildung und eine ausgezeichnete Kryo-konservierbarkeit. In Lübeck und Sulz-bach konnte eine bereits weltweitnachgefragte Stammzellprobensamm-lung mit Isolaten aus verschiedenenTierarten sowie klinischen Quellenangelegt werden. Dabei handelt essich um Bioressourcen, wie sie gegen-wärtig in sehr vielen Ländern der Weltetabliert werden. Zellbanken werdennicht nur in Europa, sondern auch in



den USA, vor allem aber in China, Japanund Korea im Rahmen nationaler Pro-gramme installiert. Wir verzeichnenseit zwei Jahren einen exponenziellenAnstieg der Gründung von Zellbanken,insbesondere Stammzellbanken.

Dementsprechend hat sich auch dasForschungs- und Entwicklungsfeld derTieftemperaturkonservierung von Zel-len, die Kryotechnologie, im Jahre2005 sehr gut entwickelt. In direktemIndustrieauftrag werden Einfrier-/Auf-taugeräte, Kryoboxen für den Labor-einsatz und Entnahmetürme für Kryo-tanks entwickelt. Ausgehend von derin Sulzbach laufenden Kryoforschungs-und -demonstrationsbank liegen Auf-träge zum Design und der Begleitungdes Baus von Kryobanken vor, weiteresind derzeit in Verhandlung.

Analog entwickeln sich die Biochip-technologien am StandortPotsdam/Berlin. Frühzeitig hat dasIBMT erkannt, dass Biotechnologiefor-schung für Deutschland eine Technolo-giepriorität sichern kann. Weg undAufwand sind jedoch umfangreicher,als von Vielen angenommen wurde. Eshandelt sich um wissenschaftliches wietechnologisches Neuland und die Kom-bination interdisziplinärer Hochtechno-logien. Ganz ohne Zweifel findet einglobaler Wettlauf im Feld der Biowis-senschaften/Biotechnologie mit nach-haltigen Auswirkungen auf alle Indus-trienationen statt. Die zukünftige industrielle Beteiligung und der Gewinneines jeden Landes wird über dasKnow-how und den Schutz der Tech-nologien entschieden werden. DieFraunhofer-Gesellschaft und im Beson-deren das IBMT investieren deshalb inerheblichem Maße in weltweite Patent-anmeldungen. Auch diese Gelder werden über die Projektarbeit erwirt-schaftet und fließen den Institutennicht in Form der dreißigprozentigenGrundförderung zu.

Die Mischung aus wissenschaftlicherund wirtschaftlicher Organisation undFührung der Fraunhofer-Institutebewährt sich. Geforscht und ent-wickelt wird ziel- und marktorientiertsowie unter dem Aspekt der kontinu-ierlichen Erweiterung der Erfahrungenund Sammlung von Problemlösungen.Wir hoffen, dass unsere Partner undKunden mit den Leistungen des IBMTzufrieden waren. Über jeden Folgeauf-trag und neue Ideen freuen wir uns.Nehmen Sie über die genanntenAdressen Kontakt zu den Mitarbeite-rinnen und Mitarbeitern des Institutesauf, wir erwarten Ihre Aufträge.

Zum Schluss möchte ich unseren Part-nern im Jahr 2005 für ihr Vertrauenund den Mitarbeiterinnen und Mitar-beitern in allen Bereichen des Institutes,von den Fachabteilungen bis hin zurVerwaltung, für die geleistete Arbeitdanken. Es war ein erfolgreiches undinteressantes Jahr, in dem wir nebenden absolvierten Projekten die Grund-lage für das kommende Jahr gelegthaben.

St. Ingbert, den 1. Dezember 2005 Prof. Dr. Günter R. Fuhr



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.



Vorwort 2

Das Institut im Profil 8Ziele 10Kurzporträt mit Organigramm 11Organisation und Ansprechpartner 12Arbeitsschwerpunkte 14Neubau des Institutsteils in Golm (Potsdam) 15Laborausbau in St. Ingbert 17Kompetenzen und Anwendungen 18Kuratorium 18Wissenschaftliche Ereignisse des Jahres 19Zukunftsfeld Nanobiotechnologie 26

Das Forschungs- und Dienstleistungsangebot 30Institutsspezifische Angebote zur Vertragsforschung 31Verträge und Patentvereinbarungen 33Kunden 33Innovationskatalog 34Kontakt und weitere Informationen 37

Das Institut in Zahlen 38Mitarbeiterentwicklung 39Betriebshaushalt 39Vertragsforschung mit der Wirtschaft 39

Die Fraunhofer-Gesellschaft auf einen Blick 40Gesamtkompetenz im Überblick 41Forschungsfelder 42Zielgruppen 42Leistungsangebot 42Vorteile der Vertragsforschung 42

Ausgewählte Forschungsergebnisse und Anwendungen 43

Mikrosysteme/Lasermedizin 44Intelligente Zahnkrone mit integriertem Mikrosystem zur Closed-Loop-Stimulation der Speichelsekretion 48

Biohybride Systeme 52Zellchip-basierter Virusnachweis 56

Medizintechnik & Neuroprothetik 60Mikrofäden-Elektroden als bidirektionale Schnittstelle zum peripheren Nerven 63

Inhalt



Molekulare Bioanalytik & Bioelektronik 66Peptidchip zum Epitopmapping 70

Zelluläre Biotechnologie & Biochips 74CCCryo – Culture Collection of Cryophilic Algae. Arktische Schnee- und Bodenalgen als einzigartige Bioressource 78

Kryobiophysik & Kryotechnologie 84Tieftemperaturdatenspeicher für die Kryobanken der Zukunft 88

Zelldifferenzierung & Zelltechnologie 92Langzeitkulturen pankreatischer Stamm-/Progenitorzellen 95

Ultraschall 98SonoPilot®-thermo – Ein integriertes System zur Navigation und Kontrolle thermischer Therapien mittels Ultraschall 102

Medizin-Telematik 106Die Home Care- und Telemedizinplattform TOPCARE – Telematiktechnologie des IBMT hilft Malariapatienten in Südamerika 109

Computerunterstützte Simulationen 112Multiphysik-Simulationen 115

Biomedizinische Kompetenzzentren 118Kompetenzzentren für Biomedizintechnik am IBMT 121

Faktenteil 124

Namen, Daten, Ereignisse 125Internationale Gäste: Wissenschaftler, Stipendiaten, Gastdozenten 125Messe- und Veranstaltungsspiegel 126

Wissenschaftliche Veröffentlichungen 127Diplomarbeiten und Promotionen 127Publikationen/Vorträge 128Patente 140

Impressum 144



Das Institut im Profil

– Ziele– Kurzporträt – Organisation und Ansprechpartner– Arbeitsschwerpunkte– Neubau des Institutsteils in Golm (Potsdam)– Laborausbau in St. Ingbert– Kompetenzen und Anwendungen– Kuratorium– Wissenschaftliche Ereignisse des Jahres– Zukunftsfeld Nanobiotechnologie

Mutterinstitut in St. Ingbert


Sulzbach

Nuthetal

Neubau Golm/Potsdam


St. Ingbert

Humboldt-Universität zu Berlin

Shenzhen, ChinaLübeck


Ziele


Das Fraunhofer-Institut für Biomedizini-sche Technik (IBMT) ist eines der fünfInstitute 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 In-Line-/On-Line-Prozessüberwachung, insbe-sondere für die Nahrungsmittel-, che-mische und pharmazeutische Industrie.Das Institut unterstützt den »gelebten«Technologie-Transfer in die Medizinund Biotechnologie und in die unter-schiedlichsten Bereiche der produzie-renden Industrie und wissensintensivenDienstleistung. Kernkompetenzen sind:Nicht- bzw. Minimalinvasivität, Minia-turisierung, Ankopplung technischerMikrosysteme an biologische Mikrosys-teme (Biohybrid-Systeme, MolekulareBioanalytik, Neuroprothetik), moleku-lare und zelluläre Biotechnologie,Nano(bio)technologie, Kryotechnolo-gie, Biokompatibilität, Ultraschall-Tech-nik, Sensor-Fertigungstechnik, magne-tische Resonanz, telemetrische Daten-und Energieübertragung, multilokaleSensorik verbunden durch Kommuni-kationstechnik sowie telematischeSysteme. Schwerpunkte sind Anwen-dungen in der medizinischen Diagnos-tik, Therapie und Therapiekontrollesowie diesen Themen analoge Fra-gestellungen aus industriellen Berei-chen. Wesentliche neue Schwerpunkt-felder bilden die Methoden und Tech-nologien zur industriellen Umsetzungder molekularen und zellulären Bio-technologie und die Kryotechnologiezur Lagerung lebender Proben bei tie-fen Temperaturen sowie die Isolation,Kultivierung und Differenzierung von

Stammzellen für die regenerativeMedizin. Der Technologie-Transfer ausder Grundlagenforschung wird entlangder Innovationsschiene über die wis-senschaftlich-technische Beratung,Machbarkeitsstudie, Prototypentwick-lung, Feldtests bis hin zur Fertigungs-technologie realisiert. Ausgründungendes IBMT übernehmen bei Bedarf dieSystemfertigung als Service-Leistung,so dass eine schnellstmögliche Umset-zung der Wünsche unserer Kunden bishin zum Markt gegeben ist. WeitereGeschäftsfelder stellen die Beratungvon Venture Capital (VC)-Gesellschaf-ten, die Erarbeitung von Studien undGutachten sowie die Begleitung vonStart-Up-Unternehmen dar. Das IBMTist in fünf Regionen (Saarland, Berlin,Brandenburg, Schleswig-Holstein,Shenzhen (China)) tätig und erfülltsomit in diesen Regionen übergeord-nete Aufgaben bei der regionalenUmstrukturierung mit globaler Orien-tierung und Schaffung neuer regiona-ler Arbeitsmarktpotenziale.

Das Institut im Profil



Mit der Gründung des Instituts für Bio-medizinische Technik bzw. eines Vor-läufers im Jahre 1987 verfolgte dieFraunhofer-Gesellschaft das Ziel, natur-und ingenieurwissenschaftliche For-schung, moderne Technik und Techno-logietransfer 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 dem1. April 2001 von Prof. Dr. Günter Rolf 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, folgte 1987 einem Ruf auf den neueingerichteten Lehrstuhl für Medizin-technik im Fachbereich Klinische Medi-zin der Medizinischen Fakultät der Uni-versität des Saarlandes und übernahmzugleich als Ko-Direktor des Fraunho-fer-Instituts für Zerstörungsfreie Prüf-verfahren (IZFP) die Leitung des Vorläu-fers des IBMT, der HauptabteilungMedizintechnik in St. Ingbert, die sichdann aufgrund einer stetigen Entwick-lung 1992 als selbständiges Fraunho-fer-Institut für Biomedizinische Technik(IBMT) etablierte. Im Jahre 1994 wurdein konsequenter Weiterentwicklungdes bisher praktizierten Technologie-transfers die IBMT-Außenstelle Sulz-bach/Saar gegründet, in der dieArbeitsgruppe Sensorfertigung ihreTätigkeit 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 dasEuropean Center of Competence for

Biomedical Microdevices (MEDICS). MitWirkung vom 1.10.1998 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 1. April 2001 fand der altersbe-dingte Wechsel in der Leitung desFraunhofer IBMT statt. Professor Fuhrist Biophysiker und wechselte von derHumboldt-Universität zu Berlin (Lehr-stuhl für Membranphysiologie seit1993 bei paralleler Vertretung desLehrstuhls für Experimentelle Biophysikseit 2000) in die Fraunhofer-Gesell-schaft und an die Universität des Saar-landes. Er ist wie auch sein Amtsvor-gänger neben der Mitgliedschaft in derMedizinischen Fakultät kooptiertesMitglied der Fakultät Physik undMechatronik sowie Mitglied des Zen-trums für Bioinformatik sowie koop-tiertes Mitglied der Humboldt-Univer-sität zu Berlin. Professor Fuhr promo-vierte 1981 auf dem Gebiet der Photo-morphogenese höherer Pflanzen, 1985habilitierte er sich in der Biophysik. ImJahr 1999 gründete er ein Zentrum fürBiophysik und Bioinformatik an derHumboldt-Universität zu Berlin, dessenerster geschäftsführender Direktor erbis zum Ausscheiden am 1. April 2001war.

Das IBMT ist in den Verbund von 80 Fraunhofer-Einrichtungen, davon58 Institute, eingegliedert. Am IBMTwaren in diesem Jahr 123 wissen-schaftliche und 55 sonstige (Technik &Verwaltung) Mitarbeiterinnen und Mit-arbeiter sowie 32 studentische Hilfs-kräfte und 33 Praktikanten beschäftigt.Über den Leiter der Abteilung Moleku-lare Bioanalytik & Bioelektronik, Prof.

Dr. Frank Bier (Lehrstuhl für Ange-wandte Bioelektronik und Biochip-Technologie), ist das Institut an diePotsdamer Universität angebunden.Eine Professur für BiomedizinischeTechnik verbindet das IBMT mit derHochschule für Technik und Wirtschaft(HTW) des Saarlandes. Über eine Pro-fessur für Mikrosystemtechnik undLasermedizin ist das IBMT über einenzweiten Lehrstuhl, besetzt durch Professor Dr. Karsten König, mit demFachbereich für Physik und Mecha-tronik der Universität des Saarlandesverbunden. Zusätzlich beherbergte dasInstitut 12 Gastwissenschaftler undeine Juniorprofessur mit Anbindung andie Universität 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 Cen-ter Shenzhen (China). Die Abteilungenwerden als eigenständige »Profit«-und »Cost«-Zentren geführt. Nebenden Abteilungen sind unabhängigeArbeitsgruppen installiert, die sich aufdem Entwicklungsweg hin zu einerAbteilung befinden. Seit September2001 ist das IBMT Gründungsmitglieddes Fraunhofer-Verbunds »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]

Marketing/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) 6894/980-257 [email protected]

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

Nachwuchsgruppe BMBF Kryonanobiotechnologie

Prof. Dr. Heiko Zimmermann +49 (0) 6894/980-257 [email protected]

Kryoforschungs- und -demonstrationsbank 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 Priv.-Doz. Dr. Claus Duschl +49 (0) 30/2093-8688 [email protected]

Lab-On-Chip-Technologie Dipl.-Biophys. Magnus Sebastian Jäger

+49 (0) 30/2093-8808 [email protected]

Zell-Assay-Entwicklung Dr. Andreas Lankenau +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]

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 biologi-sche Komponenten wie Zellen undGewebe, der molekularen und zel-lulären Biotechnologie mit medizini-scher Zielstellung, der Nano(bio)tech-nologie, der Biokompatibilitätsprüfung,Kryobiotechnologie, Biochipentwick-lung, aber auch der Lasermedizin, derMikrosystemtechnik (Mikrosensorik,Mikroaktorik und Signalverarbeitung),der Ultraschall-Technik, Sensor-Ferti-gungstechnik sowie multilokalen Sen-sorik verbunden durch Kommunikati-onstechnik, Gesundheitstelematik,telemetrischen Daten- und Energie-übertragung und der magnetischenResonanz, Bildgebung und Spektros-kopie. Die dafür notwendigen Grund-lagenkenntnisse werden projektgebun-den komplettiert und in Kooperationmit der Industrie durch Auftragsent-wicklungen in Produkte umgesetztsowie zur Serienreife gebracht. DieBandbreite der Tätigkeiten umfasst dieUntersuchung technologischer Grund-lagen, die Entwicklung von Kompo-nenten und Systemen bis zur Aus-führung von Demonstrationsanlagenfür die industrielle Praxis. Nicht nur diemedizintechnische Industrie und Bio-technologie-Unternehmen, sondernauch andere technische Bereiche wiedie Polymer- und keramische Industrie,Halbleiterhersteller, Umwelttechnik,Hydraulikindustrie, Lebensmittelindus-trie, Haus- und Klimatechnik, Prozess-und Prozessüberwachungstechnik, Fertigungs- und Automatisierungstech-nik, Materialprüftechnik finden imIBMT Beratung 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 3 800 Quadratmetern wer-den im benachbarten IndustrieparkSulzbach-Neuweiler neue Technikenzur flexiblen Fertigung von Sensoren

und Kryoequipment entwickelt, die eskleinen und mittleren Unternehmenermöglichen, Ultraschall- und Mikro-sensoren zu marktfähigen Kosten her-zustellen. Regionale und überregionaleKunden werden in ihrer Wettbewerbs-fähigkeit auf dem europäischen Marktdurch das IBMT gefördert.

Ein weiteres wichtiges Zukunftsfeldwurde seit 1994 mit den verstärktenAktivitäten im Bereich der Medizin-Telematik erschlossen. Neue Ansätze inder individuellen Versorgung von Pati-enten durch telemedizinische Dienstewerden in zwei zukunftsweisendenTelematikprojekten »Schlaganfall-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) wurdeim Jahr 2004 ausgegliedert und in dieSelbständigkeit unter der Schirmherr-schaft der City of Hialeah überführt.Diese Ausgründung des IBMT auf demamerikanischen Kontinent ist dererfolgreiche Abschluss einer langjähri-gen internationalen Profilbildung.

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 Pots-dam, an dem bereits seit Jahren erfolg-reich Biosensoren zur Marktreife ent-wickelt 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 Monito-ring während der Herstellung biotech-nologischer Produkte. Diese Arbeits-gruppe entwickelte sich im Jahr 2000zu einer Abteilung Molekulare Bioana-lytik & Bioelektronik und wurde mitder im Jahr 2001 neu übernommenenArbeitsgruppe Medizinische Biotechno-logie & Biochips an der Humboldt-Universität zu Berlin eingebettet in dasZentrum für Biophysik & Bioinformatikzur Arbeitsgruppe Medizinische Bio-technologie (AMBT) der Fraunhofer-Gesellschaft zusammengefasst. Biszum Jahre 2006 wird für diese nochdezentralen Arbeitsgruppen ein Teilinstitut des IBMT als Neubau in

Arbeitsschwerpunkte



Golm bei Potsdam errichtet. Der Spa-tenstich erfolgte am 30. August 2004,das Richtfest am 22. Juni 2005 (siehenachfolgender 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 unterder Präsidentschaft von ProfessorHans-Jörg Bullinger am 9. September2003 in Sulzbach/Saar die Kryofor-schungsbank . Damit nahm dasFraunhofer-Institut für BiomedizinischeTechnik (IBMT) nach dem Zentrum fürKryobiotechnologie und Kryobiophysikeine zweite Einheit zur Entwicklungeiner den Anforderungen der zukünfti-gen Biotechnologie und Medizin ent-sprechenden Technologieplattform inBetrieb. Aufgabe der EuropäischenKryoforschungsbank ist es, wertvolleund einzigartige Zellsammlungen(Bioressourcen) aus den verschiedens-ten Bereichen der Biowissenschaftenzu unterstützen und anzulegen sowiemoderne automatisierbare Technologiezu entwickeln und zu demonstrieren.Die Lebendablage von Zellsuspensio-nen erlaubt eine Vermehrung zu jedemspäteren Zeitpunkt, insbesondere aberauch retrospektive Untersuchung vonProben. D. h. nach Jahrzehnten kannnach Genen, Makromolekülen, Krank-heiten, Erregern, Kontamination, jasogar nach Dingen gesucht werden,für die heute noch nicht einmal dieMethoden oder die Kenntnis existie-ren. Die Anlage einer Zellbank ist somitdie umfangreichste, vollständigsteDokumentation der Eigenschaften vonBioproben. Auf mehr als 1 200 Qua-dratmetern werden Kryolagertanks miteinem Nettovolumen von jeweils bis zu1 400 Litern installiert. Die Kryobank-anlage trägt neben der Forschungsauf-

gabe den Charakter einer Demonstrati-onsbank für neue Technologien, insbe-sondere auch für industrielle Nutzerund die öffentliche 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 stiegdas IBMT in die Stammzellforschungmit dem Ziel der Unterstützung derregenerativen Medizin und des TissueEngineering ein. Die Arbeitsgruppewird von Privatdozent Dr. Charli Krusegeleitet und konnte am 8. November2004 neue Räume im Multifunktions-zentrum des Campus der Universitätzu Lübeck beziehen. Im Laufe des letz-ten Jahres konnte die Arbeitsgruppeeine beträchtliche Zahl von Stammzell-isolaten und Zellklonen anlegen. Siebildet den Forschungsbestand desIBMT.

Richtkrone aufgezogen über demNeubau des Fraunhofer IBMT inPotsdam/Golm

Weithin sichtbar schwebte am 22. Juni2005 die Richtkrone über dem Neubaudes Fraunhofer IBMT im Wissen-schaftspark Golm als Symbol für dieVollendung des Rohbaus. Das Richtfestdes Institutsteil-Neubaus wurde mitüber 200 Gästen aus Politik, wissen-schaftlichen Institutionen, der Industrieund der baubeteiligten Firmen gefeiert. Der IBMT Neubau bildet mit demFraunhofer IAP ein Ensemble. Die Bio-technologie ist ein wesentlicher Teil desWissenschaftsstandorts Brandenburg,in dem die zwei Fraunhofer- und dreiMax-Planck-Institute gut aufgehobensind. Das GO-IN-Technologiezentrum –das übrigens zwei Tage nach demRichtfest seine Grundsteinlegungbeging – bietet Ansatzpunkte fürKooperationen zwischen Wissenschaftund Wirtschaft.

»Bauen ist ein Abenteuer, ein Mords-spaß und wir haben viel dabeigelernt.« Dieses Fazit zog ProfessorFuhr, der für das IBMT als zukünftigerNutzer allen beteiligten Firmen dankte. Der Institutsbau trägt den Anforderun-gen der sich entwickelnden molekula-ren Medizin und Biotechnologie als einabgestimmtes hochmodernes Forschungsgebäude Rechnung. For-schungs- und Entwicklungsfelder desInstituts sind die molekulare Diagnos-tik, die Geräteentwicklung im Feld derLab-On-Chip-Technologie, aber auchAnwendungen der Nanobiotechnolo-gie und die Vorbereitung der regenera-tiven Medizin.

Die Übergabe an das Fraunhofer IBMTist für Mitte 2006 geplant.

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.

Neubau des Institutsteils in Golm (Potsdam)


PlanungsbeteiligteArchitekt und Objektüberwachung:Brenner + Partner, Stuttgart, Trag-werksplanung: Weiske + Partner, Stutt-gart; Technische Ausrüstung: CRCClean Room Consulting, Freiburg; Frei-anlagen: Büro Eurich, Wendlingen;Bodengutachter: IngenieurbüroMaschke, Michendorf; Vermessung:Büro Misselwitz-Kaden, Teltow; Prüf-statik: Dr.-Ing. Zauft, Potsdam; Brand-schutzgutachten: Technische Prüfge-sellschaft Lehmann, Berlin.

Ausführende FirmenRohbauarbeiten: Bateg IngenieurbauGmbH, Berlin; Fassade: Hupfeld &Schlöffel Metallbau, Berkatal; Stahl-bau-/Schlosserarbeiten: Mebatec Stahl-bau GmbH, Neuruppin; Dachabdich-tung: BDG Bedachungen GmbH, Tel-tow; Estrich- und Beschichtungsarbei-ten: SFT Saale Fußbodentechnik,Ammelstädt; Malerarbeiten: HornsteinGmbH, Neustrelitz; Aufzug: A.S. Auf-zug und Service, Magdeburg.

Zahlen und FaktenGrundstücksgröße insgesamt (mit IAP):43 922 m2; davon für AMBT bean-sprucht: ca. 22 000 m2

Anzahl der Mitarbeiter nach Bezug:insgesamt 142; Gesamtkosten: 22,5 Mio. €; Finanzierung: 50 % EFRE,25 % Bund, 25 % Land; Hauptnutz-fläche: 4 095 m2 (davon Büro- undDiensträume: 1 400 m2 sowie Arbeits-und Laborräume: 2 700 m2).


Bis zum Einzug im Jahre 2006 wirdnoch eine dritte Abteilung aufgebautwerden, die sich vor allem mit Zelltech-nologien im Hinblick auf eine Nutzungvon Stammzellen für die regenerativeMedizin beschäftigen wird.

Der Fokus des wissenschaftlichen Inter-esses am neuen Institutsteil liegt aufden Gebieten der molekularen und zel-lulären Biotechnologie, insbesondereder folgenden Arbeitsbereiche: Biosen-sorik und Bioanalytik, Biochiptechno-logie (Entwicklung von Vor-Ort-Analy-sesystemen zur kostengünstigen Dia-gnose und Therapiekontrolle bzw.

Umweltüberwachung sowie die Ent-wicklung von Fertigungstechniken fürdie Biochipherstellung, und DNA-Chip-Entwicklung), Nanobiotechnologieoberflächenbasierter tierischer undhumaner Zellkulturen, Zellkonservie-rungstechniken und Zellsortierung,Zellmanipulation in freier Lösung, Lab-On-Chip für kundenspezifische Zellcha-rakterisierungs- und Zellseparations-aufgaben, Mikrofluidik-Simulation,Entwicklung dynamischer, chipbasier-ter Immunoassays, Spezialmikroskop-entwicklungen, Prototypfertigung vonMikrostrukturen mittels Excimer-Laserund die Kultivierung kryophiler Süß-wassermikroalgen (Schneealgen) ineiner Kultursammlung CCCryo/Extre-mozymforschung.

Michael Heine, Polier der Firma BATEG Ingenieurbau GmbH, beim Richtspruch. Dem Hoch auf die Wissenschaft, denBauherrn, den Architekten, den Statikern und Zimmerleuten folgten die Wünsche für ein erfolgreiches und nutzbrin-gendes Forschen und Arbeiten im neuen Gebäude. (Fotos: Jan Schulz, Stephanie Schwarz, IBMT).

Rohbau von Südwesten. (Foto: Stephanie Schwarz, IBMT)



Im Rahmen einer »Kleinen Baumaß-nahme« wurde der linke Flügel derEbene 0 des Mutterinstituts in St. Ingbert umgestaltet. Im bis dahinhauptsächlich als Keller genutztenGebäudeteil gab es auf drei verschie-denen Fußbodenniveaus Lagerflächen.Diese mussten zur Unterbringung derLasermedizin und Neuroprothetik einerNutzung als Büro und Labor zugäng-lich gemacht werden. Dem erstenArbeitsschnitt, Entrümpeln und Entker-nen, folgte ein Angleichen der Fußbo-denhöhen. Letzteres wurde mit einemallgemeinen Ausschachten verbunden,so dass eine Endhöhe von 2,90 merreicht wurde. Insgesamt entstandeine Nutzfläche von ca. 507,82 m2.Diese teilt sich in 241,1 m2 Labor-fläche, 83,3 m2 Büros, 23,9 m2 Archiv,26,92 m2 Technikraum sowie ein Ser-verraum 8,5 m2 und ein modernesChemikalienlager auf. Insbesonderedie Abteilung Kryobiophysik & Kryo-technologie, die Abteilung Mikrosys-teme/Lasermedizin und die Arbeits-gruppe Neuromonitoring der Abtei-lung für Medizintechnik & Neuropro-thetik werden diese neuen Bereichenoch bis zum Ende des Jahres vollstän-dig bezogen haben.

In drei Laserlaboren, einem Operati-onssaal und einem Zelllabor werdendie Forschungsarbeiten von Prof. Dr.König zukünftig in einem komplexenund modernen Rahmen durchgeführtwerden. Labore für Alginatreinigungund Präparation für Elektronenmikros-kopie stehen für Prof. Dr. Zimmermannzur Verfügung. Prof. Dr. Hoffmannwird ein Schlaflabor, ein Forschungsla-bor für das visuelle System, ein Refe-renzlabor für Methoden der klinischenNeurophysiologie sowie Entwicklungs-labore für Hard- und Software einrich-

ten. Alle erforderlichen technischenVersorgungen wie Klimatisierung, Luft-austausch, Notduschen, Augendu-schen, erdfreies Netz und ableitenderFußboden wurden, wo sie notwendigwaren, installiert. Damit haben sich diebeengten Rahmenbedingungen für dieForschungsarbeiten dieser drei Abtei-lungen spürbar verbessert.

Laborausbau in St. Ingbert

Sanierung der Fassade.

Vor dem Ausbau.

Gang und Labortrakt.

Lasermedizinisches Labor.



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, Biochiptechnik 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 150Patente zur Lizensierung an.

Das Kuratorium, bestehend aus hoch-karätigen Ärzten und Wissenschaftlernsowie Entscheidungsträgern aus Indus-trie und Wirtschaft, Politik, den Lan-desbehörden und der Universität, berätdie Institutsleitung sowie den Vorstandund bewertet jährlich die Leistungendes Instituts.

Mitglieder des Kuratoriums sind:

Prof. Dr. Emmeran Gams, Direktor derKlinik für Thorax- und Kardiovaskularchirurgie der Heinrich Heine-Universität, 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, ehemalsStaatssekretärin, Ministerium für Wirt-schaft des 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

Lasermedizintechnik

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Kompetenzmatrix. In rascher Entwicklung begriffen. Kernfelder des IBMT.



Einen Höhepunkt in der Geschichte der Kryobank stellte der Besuch des Bundes-präsidenten, Professor Horst Köhler, zum Ausklang des letzten Berichtsjahres am18. Dezember 2004 dar. Über einen Vortrag und einen Rundgang in Begleitungder Landesregierung des Saarlandes sowie lokaler politischer Vertreter ließ sich der Bundespräsident die Anforderungen der zukünftigen Biotechnologie und dererwarteten regenerativen Medizin erläutern und demonstrieren. Er würdigte denfortschrittlichen Biotechnologiestandort Saarland und die Technologieplattformdes Fraunhofer IBMT.

Wissenschaftliche Ereignisse des Jahres 2005

Besuch des Bundespräsidenten, Professor Horst Köhler,in Begleitung der Saarländischen Landesregierung, am18. Dezember 2004 in der Kryoforschungsbank. DasBild in einer Größe von 2,5 MByte wurde während desBesuches aufgenommen und zur Demonstration derTieftemperaturtauglichkeit der am Fraunhofer IBMTentwickelten Elektronik fünfzig Mal in elektronischeSpeicherchips, die sich im flüssigen Stickstoff befanden,abgelegt und wieder ausgelesen. Wie das Bild zeigt,blieb die Datenmenge und damit die Qualität des Bildesunverändert. Die tieftemperaturtauglichen Kryochipssind eine Besonderheit der IBMT-Kryotechnologie underlauben das Ansprechen und die Datenspeicherung anden Proben auch nach der Ablage im Kryotank.(v.ln.r.: Jürgen Schreier (Minister für Bildung, Wissen-schaft und Kultur des Saarlandes), Hans-Werner Zimmer(Bürgermeister der Stadt Sulzbach), Professor GünterFuhr (Direktor des Fraunhofer IBMT), Frau Eva LuiseKöhler, Professor Horst Köhler (Bundespräsident), FrauAstrid Gerke-Müller, Peter Müller (Ministerpräsident desSaarlandes), Hans Ley (Präsident des saarländischenLandtages)).



Die Kryotechnologie und Stammzell-handhabung sind international nochjunge und bisher patentrechtlich sehrinteressante Gebiete. Im Rahmen einesinternen Workshops »Kryotechnologie& Stammzellbanking« am 9. und 10.März 2005 an der Kryobank des Fraun-hofer IBMT in Sulzbach präsentiertedas Institut 140 geladenen Gästen diein den letzten vier Jahren entwickelteKryotechnologieplattform der Fraunho-fer-Gesellschaft, die es erlaubt, sichere,höchsten Standards entsprechendeund minimal personalintensive Kryo-banken zur Anlage wertvoller Lebend-sammlungen anzulegen. Die Kryolage-rung von lebenden Zellproben in Formvon Suspensionen und kleinstenGewebefragmenten ist derzeit die ein-zige Art der vollständigen Ablage biolo-gischer Information und der Lagerungüber nahezu unbegrenzte Zeiträume.Dass hierzu in Deutschland in den letz-ten Jahren ein internationaler Vorlauferzielt werden konnte, wurde vorallem von den ausländischen Teilneh-mern attestiert. Obwohl der rasantwachsende Bedarf an Kryolagerkapa-zität und entsprechenden Verfahrenund Geräten offensichtlich ist, beschäf-tigen sich weltweit nur wenige Einrich-tungen in Forschung und Industrie mittechnologischen und kryomedizini-schen Entwicklungen auf dem Gebietder Kryobiotechnologie. Die Fraun-hofer-Gesellschaft hat dieses For-schungsfeld vor vier Jahren aufgegrif-fen und eine Technologie-Plattformentwickelt, die nun Lösungen von klei-nen Kryolaborbanken, über klinischeDimensionen, bis hin zu großindustriel-ler Skalierung anbieten und demon-strieren kann.

Workshop Kryotechnologie & Stammzellbanking am 9.–10. März 2005 an der Kryobank des Fraunhofer IBMT in Sulzbach

Podiumsdiskussion »Stammzellbank in Europa« (v.l.: Prof. Dr. Günter R. Fuhr (Fraunhofer IBMT), Dr. Uwe Marx (CEOProBioGen AG), Prof. Dr. Klaus Cichutek (Vizepräsident Paul-Ehrlich-Institut), Dr. Carsten Claussen (GeschäftsführerEvotec Technologies AG), Karl-Josef Maiwald (Abteilungsdirektor Debeka Krankenversicherungsverein AG), Dr. GlynStacey (Director UK Stem Cell Bank), Simone Conrad (Dolmetscherin)).

Kryoworkshop 2005. Ausstellung der IBMT-Kryo-Technologieplattform, bestehend aus Geräteentwicklungen, neuenSubstraten, einer tieftemperaturtauglichen Elektronik bis hin zu optimierten Einfrier- und Auftauprozeduren für spezi-elle Zelltypen.



Programm des Workshops:

1. Begrüßung:Prof. Dr. Günter R. Fuhr

Direktor des IBMT2. Grußworte von:

Ministerialdirektor Reinhard JunkerBundesministerium für Bildung und Forschung

Dr. Hanspeter GeorgiMinister für Wirtschaft und Arbeit des Saarlandes

3. Prof. Dr. Günter R. Fuhr, IBMT»Kryotechnologie als Voraussetzung für die zukünftige Biotechno-logie und regenerative Medizin«

4. Dr. Glyn Stacey, UK Stem Cell Bank, National Institute for Biological Standards and Control, NIBSC

»The Cryopreservation and Distribution of Stem Cell Lines for Research and Clinical Trials: Science Meets Quality Assurance«

5. Prof. Dr. Frank Emmrich, Institut für Klinische Immunologie und Trans-fusionsmedizin, IZKF, Leipzig

»Stammzellforschung: Stand und Perspektiven«6. Prof. Dr. Bodo-Eckehard Strauer, Direktor der Klinik für Kardiologie,

Pneumologie und Angiologie, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf»Stammzelltherapie bei Herzerkrankungen«

7. Dr. Oliver Hertz, Patentanwalt, v. Bezold & Sozien, München»Patentrechtliche Aspekte der Zellbiologie«

8. Prof. Dr. Klaus Cichutek, Vizepräsident des Paul-Ehrlich-Instituts»Entwicklung und regulatorische Aspekte von Zelltherapiearznei-mitteln«

9. Podiumsdiskussion: »Stammzellbanking in Europa«Moderation: Prof. Dr. Carsten Claussen, CEO, EVOTEC TechnologiesGmbH, Hamburg.

10. Diskussion einer technischen Schutzgemeinschaft deutscher KryobankenModeration: Prof. Dr. Klaus Gersonde, Altdirektor des IBMT

11. Karl-Josef Maiwald, Abteilungsdirektor, DEBEKA Krankenversicherungs-verein AG, Koblenz

»Stammzellnutzung aus Sicht der privaten Krankenversicherung«12. Prof. Dr. Heiko Zimmermann, IBMT

»Technische Voraussetzungen einer zukunftsfähigen Zelllagerung mitBezug zur Mikrosystemtechnik und Nanotechnologie«

13. Dr. Randall K. Kirschman, Consulting Physicist, Silicon Valley, California (USA)

»Low-Temperature Electronics – Past, Present, Future«

Der Workshop wurde von der saarländischen Landesregierung, vom BMBFund der Industrie unterstützt.

Das Thema des Workshops, die Ver-knüpfung der Kryotechnologie mit denErfordernissen der regenerativen Medi-zin, insbesondere der Stammzellfor-schung und Stammzellnutzung, erwiessich als außerordentlich fruchtbar undhochaktuell. Weltweit sind auf demGebiet der Stammzellforschung undklinischen Anwendung enormeAnstrengungen zu verzeichnen. DieThese, dass dies nur mit neuen Techno-logien, insbesondere einer zum Teiljahre- bis jahrzehntelangen Lagerunglebender und nicht kontaminierter Zell-proben erfolgen kann, wurde von allenWorkshopteilnehmern bekräftigt.Einen zentralen Programmpunkt desWorkshops bildete die Anlage vonStammzellbanken zur Lagerung undNutzung adulter Stammzellen. Im Rah-men der Vorträge und Diskussionsrun-den wurde dieser Gesichtspunkt ausSicht der Wissenschaft, Klinik, derKrankenkassen, des Patentrechtes, derZulassung und staatlichen Regulierungsowie fachübergreifend aufgegriffenund bewertet.

Der Workshop richtete sich in ersterLinie an Kryo- und Zellbankbetreiber, -nutzer und Forschungseinrichtungen,die Zelllinien generieren oder auf demGebiet der Stammzellforschung tätigsind. Ebenfalls angesprochen wurdenBundesinstitute und Drittmittelgebermit Bezug zum Thema sowie industri-elle Einrichtungen der GeschäftsfelderKryoequipment, Zellbanking und Pla-nung von Kryobanken für medizinischeund andere Anwendungen.



Die Biomedizinische Technik als Teilge-biet der Biotechnik ist ein multidiszi-plinäres Fachgebiet, in dem sich ver-schiedene Disziplinen der Medizin, derIngenieurwissenschaften und derNaturwissenschaften berühren. Dievorrangige Aufgabe der Biomedizini-schen Technik besteht in der Bereitstel-lung von Technik, der Entwicklung vonVerfahren sowie der Anwendung inge-nieurwissenschaftlicher Methoden zurLösung von Problemen in der Medizin,der Biologie/Biotechnologie und demUmweltschutz. Der Markt für medizin-technische Produkte und Systemegehört auf globaler Ebene nach wievor zu den attraktiven Wachstums-märkten. In den Industrienationenwächst dieser Markt mit 5 % bis 7 %pro Jahr vergleichsweise überdurch-schnittlich. Der weltweite Umsatzbeträgt etwa 200 Mrd. €. Die deut-sche medizintechnische Industrieerzielt mit ca. 100 000 Beschäftigteneinen Umsatz von ca. 10 Mrd. € bei einem Exportanteil von fast 60 %. DieBranche ist neben einigen großen, tra-ditionellen Firmen geprägt von kleinenund mittelständischen Unternehmen.Die hohe Innovationsrate der Medizin-technik lässt sich daran messen, dass inder Regel über 50 % des Umsatzes

eines Medizinproduktherstellers ausProdukten stammen, die weniger alszwei Jahre alt sind. Wichtige Impulseerhält die Biomedizinische Technik vonder Biotechnologie, der Nanotechnolo-gie, der Informationstechnik undzunehmend auch von den kognitivenWissenschaften, die zusammengefasstals Converging Technologies bezeich-net werden. Da die mittelständischenUnternehmen keine Grundlagenfor-schung und auch nur bedingt ange-wandte Forschung betreiben können,liegt ein wichtiges Innovationspotenzialfür die Medizintechnik in der geförder-ten universitären und außeruniver-sitären Forschung. Um die herausra-gende Position Deutschlands auf demGebiet der Medizintechnik (auf derdritten Position nach den USA undJapan) zu erhalten, werden daher vomBMBF, der DFG, dem AiF seit Jahrenentsprechende Forschungsprogrammeaufgelegt.

Zu den größeren außeruniversitärenForschungseinrichtungen in diesemSektor gehört auch das Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik inSt. Ingbert. Wichtige Geschäftsfelderdes Institutes reichen von der Biophy-sik/Biochemie über Nanotechnologie,Kryotechnologie und Materialwissen-schaften bis zum Geräte- und Anla-genbau. Eingeschlossen sind dabeimolekulare Biochips, Fragen derStammzellenforschung, der In-vitro-Zelldifferenzierung, der Biokompatibi-lität und der Fertigung vom Implanta-ten. Zum letztgenannten Geschäftsfeldsind die Tätigkeiten der Abteilung Neu-roprothetik & Medizintechnik unter derLeitung von Professor Klaus Hoffmannzu zählen. Ihr Forschungsgegenstandist die Entwicklung und Anwendungvon intelligenten invasiven und nichtin-vasiven Schnittstellen zum Nervensy-stem und ihre Nutzung für die Stimula-tion und Erfassung bioelektrischerPotenziale. Hierzu sind beispielsweiseRetinaimplantat, Blasenstimulation bei

Hannover Messe Industrie 2005– Bio- und Medizintechnik als Vorbild –

Mitglieder der SCOPE-Podiumsdiskussion (von linksnach rechts: Dr. Eberhard Veit, Vorstand Produkt undTechnologie-Management und Sprecher des Vorstandesder Festo AG, Esslingen, Prof. Klaus-Peter Hoffmann,Fraunhofer IBMT, Matthias Topp, EDAG Engineering +Design AG, Fulda, Vorstand Produktentwicklung,Modell-/Prototypenbau und Vertrieb, Jan Hofer, Moderator).

Elektrodenarray des Retina-Implantats zu dem dasFraunhofer IBMT die mikrosystemtechnischen Kompo-nenten beigetragen hat.



Querschnittgelähmten und die Kopp-lung von künstlichen Extremitäten annervale Strukturen zu zählen. GroßePatientenzahlen, hohe Kosten der Pati-entenversorgung und großes menschli-ches Leid der Betroffenen rechtfertigendie Forschungsausgaben, die durch einmittelständisches Unternehmen nichterbracht werden könnten. Allein antechnologischen Voraussetzungen sindReinraum, Plasmaanlage, Parylenbe-schichtung, Messplätze zur Elektroden-charakterisierung, Simulationsumge-bung usw. erforderlich.Aus diesem Grund haben sich Synergi-en zwischen den mittelständischenmedizintechnischen Unternehmen undForschungseinrichtungen wie demFraunhofer IBMT entwickelt. Nur so istes möglich, die Vorlaufforschung inPrototypen umzusetzen und letztend-lich in ein medizintechnisches Produktzu überführen. Dies ist eine derwesentlichen Grundlagen für die her-ausragende Stellung der deutschenMedizintechnik.

Die erfolgreiche Umsetzung von Inno-vationen setzt ein langfristiges Denkenvoraus. Gerade in Bio- oder Medizin-technik erfordert die Einführung vontechnischen Neuentwicklungen einhohes Verantwortungsbewusstsein. EinAgieren nach dem Motto »Trial undError« kann hier lebensgefährlich sein,denn Rückrufaktionen wie jüngst inder Automobilindustrie sind kaumdenkbar. Zudem muss sich der Reife-grad einer Innovation in diesem sensi-blen Bereich an den Ansprüchen dreierverschiedener Kundengruppierungenmessen lassen: Den Ärzten, den Kran-kenkassen und den Patienten. Dasstellt hohe Anforderungen an das Qua-litäts- und Verantwortungsbewusstseinder Hersteller und führt dazu, dass inder Regel nur Neuentwicklungen eineChance haben, die technisch ausge-reift und einfach zu handhaben sind.In diesem Sinne können die vorwie-gend mittelständischen Unternehmender Bio- und Medizintechnik anderenBranchen als Vorbild dienen.

Biosensor befördert maß-geschneiderte Therapien – SensorInnovationspreis 2005

Schneller zum besseren Medikamentist für die Pharmaindustrie oberstesZiel. Wissenschaftler am FraunhoferIBMT entwickelten einen neuen Bio-sensor, mit dem sich biopharmazeuti-sche Wirkstoffe und medizinische The-rapien schnell und sicher evaluierenlassen. Maßgeschneiderte Therapienund beschleunigte Medikamentenent-wicklung rücken in greifbare Nähe.Dafür erhielt Herr Dr. Hagen Thielecke,Leiter der Arbeitsgruppe Zell-basierteSensorik & Biomonitoring der Abtei-lung Biohybride Systeme des Fraunho-fer IBMT auf der Messe SENSOR+TEST2005 (10.–12. Mai 2005) in Nürnbergden vom AMA-Fachverband für Senso-rik ausgelobten und mit 10 000 €dotierten Sensor-Innovationspreis.

Viele kranke Menschen hoffen auf dieEntwicklung neuer Medikamente undneuer Therapien. Doch Medikamenten-entwicklung ist langwierig und teuer.10 bis 12 Jahre dauert es in der Regelvon der Wirkstoffforschung bis zumfertigen Arzneimittel. Die Kosten lie-gen bei 500–800 Millionen €. Dochdie Entwicklungszeiten könnten schonbald verkürzt werden. Dr. Hagen Thiel-ecke vom IBMT hat mit dem Biosensorwichtige Voraussetzungen für dieBestimmung von personenspezifischenTherapien in der klinischen Praxissowie für die beschleunigte Wirkstoff-und Therapieentwicklung in der Medi-zinischen Biotechnologie geschaffen.

Mit dem biohybriden Sensorsystem las-sen sich kleinste 3-D-Gewebeprobenim Labor schnell und einwandfrei cha-rakterisieren.

Eine Vielzahl von Krankheiten ist durchdas gestörte Zusammenspiel von Pro-teinen bedingt. Die Gesamtheit allerProteine, die eine Zelle unter bestimm-ten Umweltbedingungen synthetisiert,bezeichnet man als Proteom. Für eineoptimale Therapie wird das Zusam-menspiel vieler Proteine des Proteomsberücksichtigt. Um die reale Situationim Zellverband – beispielsweise ineinem Tumor eines Patienten – abzubil-den, brauchen Pharmaforscher dreidi-mensionale Zellaggregate. Doch diese3-D-Modelle konnten bisher nur auf-wändig per Lasertechnologie oder überKryoschnitte hergestellt werden undwaren deshalb für den Routineeinsatznicht geeignet. Die meisten Zellkultu-ren, wie sie bisher im Labor erzeugtund vermehrt werden, sind zweidi-mensional, d. h. bilden flächigen Zell-bewuchs aus. Eine Vielzahl physiologi-scher und morphologischer Eigen-schaften – beispielsweise Größe unddas Volumen des Zellkerns oder derZellwände – eines Gewebes bestimmendie elektrischen Gewebeeigenschaften.Durch die Aufnahme der elektrischenImpedanz über einen bestimmten Fre-quenzbereich können physiologischeVorgänge und Gewebemorphologieerfasst werden. Im Biosensor werdendie extrem kleinen Gewebeproben ineine vertikal angeordnete Messzelle

Preise 2005

3-D-Gewebe-Mikrokapillar-Array mit 16 Messpositionenfür die Impedanzspektroskopie.



gespült. Ober- und unterhalb des Mess-bereichs sind Elektroden positioniert,über die Strom eingespeist und derSpannungsabfall erfasst wird. Der Bio-sensor charakterisiert die Zellaggregatemittels hochauflösender Impedanz-spektroskopie. Damit können 3-D-Gewebeproben aus Biopsien mit einerGröße vom 100 bis 500 µm sehr indivi-duell charakterisiert werden.

Die Forscher können mit dem Sensoraußerdem die Wirkungsweise vonMedikamenten oder Therapien auf dieZellaggregate beobachten, ohne dabeidie Zellen zu zerstören. Dazu wird einSimulationsmodell für bestimmteGewebeeigenschaften eines Zelltypserstellt. Tumorzellen besitzen beispiels-

weise eine andere Zellwand als gesun-de Zellen, also auch andere elektrischeHochfrequenz-Eigenschaften. Werdendie Tumorzellen im Messgerätbestrahlt, kann man anhand des vor-her bestimmten Modells exakt dieStrahlendosis bestimmen, bei der sieabsterben. Damit ist es möglich, gewe-be- und patientenspezifisch individuel-le Strahlentherapien festzulegen. Nachdemselben Prinzip lässt sich die Aus-wahl potenzieller Medikamente in kurzer Zeit beschleunigen.

Erste Praxistests sowohl bei der Eva-luierung von Antitumortherapien alsauch bei Herz-Kreislauferkrankungenhat der Biosensor bereits positivbestanden. Ein weiterer Einsatzbereichdes Biosensors könnte künftig auch dieImplantatforschung sein. Kernstück istein Glaschip mit Multielektrodenarrayzur parallelen Vermessung vielerGewebetypen.

Konferenz Photonics West in Kali-fornien: Pascal Rol Award verliehen

Prof. Dr. Karsten König, Leiter derAbteilung Mikrosysteme/Lasermedizindes Fraunhofer IBMT, erhielt den dies-jährigen Pascal Rol Award der SPIE, der größten internationalen For-schungsorganisation auf dem Gebiet der Photonik, für seine herausragen-den Forschungen auf dem Gebiet derAugenchirurgie und der hochauflösen-den Cornea-Diagnostik mittels ener-giearmer Femtosekunden-Laserpulse.Der Preis wurde am 23. Januar 2005im kalifornischen San Jose auf der vonca. 15 000 Teilnehmern besuchtenTagung Photonics West übergeben. 2 300 Beiträge wurden in 80 parallelenSitzungen präsentiert. Der Pascal RolAward ist dem besten Beitrag auf demGebiet der Ophthalmologie gewidmet.

Award of the International Society of Skin Pharmacology andPhysiology, Juni 2005

Prof. Dr. Karsten König wurde weiter-hin im Juni 2005 vom Board der Inter-national Society of Skin Pharmacologyand Physiology für seine herausragen-de Präsentation »Multiphoton Tomo-graphy of Human Skin« auf dem JointMeeting der Society of CutaneousUltra Structure Research and the Inter-national Society of Skin Pharmacologyand Physiology mit dem Award of theInternational Society of Skin Pharma-cology and Physiology ausgezeichnet.

Preisübergabe des AMA-Sensorpreises (von links nach rechts: Prof. Dr. Roland Werthschützky, Vorsitzender des AMA-Wissenschaftsrates, Prof. Dr. Florian Solzbacher (AMA-Vorsitzender), Dr. Hagen Thielecke (Preisträger des FraunhoferIBMT), Staatssekretär Hans Spitzner, Bayrisches Ministerium für Wirtschaft, Infrastruktur, Transport und Technologie).



Technologie-Preis »Technik für denMenschen« des Jahres 2005

Die Fraunhofer-Gesellschaft vergab imJahr 2005 für herausragende wissen-schaftliche Leistungen zur Verbesse-rung der Lebensqualität an Prof. Dr.Karsten König in Würdigung seinerArbeiten auf dem Gebiet der Nanochir-urgie mittels Nanojoule-Femtosekun-denlaser-Pulsen den Technologiepreis»Technik für den Menschen« für dasJahr 2005.

Die Lasertechnik wird wegen ihrerhohen Präzision und der spezifischenWirkung für chirurgische Instrumenteverwendet. Typische Einsatzfelder sinddie Augenchirurgie bei Fehlsichtigkeit,die Embryonalchirurgie und Tumorbe-handlung. Als problematisch erwiesensich hierbei bisher destruktive Neben-effekte der relativ hohen Pulsenergie.

Professor König gelang es, Laserpulsemit 1 000-fach geringerem Energiege-halt für diese medizinischen Anwen-dungen einzusetzen. Die Femtosekun-denpulse vermeiden nicht nur dieunerwünschen Nebeneffekte, sondernermöglichen auch einen präzise steuer-baren Abtrag im Bereich von wenigerals 100 Nanometern. Das patentierteVerfahren eröffnet neue und schonen-dere Wege in der Nanochirurgie undist daher in besonderem Maß geeig-net, die Lebensqualität der Menschenzu verbessern.

Preisträger Prof. Dr. Karsten König.

Preisverleihung durch Herrn Prof. Dr. Klaus Gersonde auf der Jahrestagung in Magdeburg.



CellPROM – Integriertes Projekt derEuropäischen Union

Das 6. Forschungsrahmenprogrammder Europäischen Union setzt neueFörderinstrumente ein, um die Ent-wicklung und Verwertung zukunfts-weisender Technologien im europäi-schen Forschungsraum zusätzlich zuden bewährten Instrumenten wieSTREP- und CRAFT-Projekten zu stimu-lieren. Ein solches neues Instrumentsind die Integrierten Projekte, in denenzahlreiche Partner aus den Ideen-schmieden Europas gemeinsam aneinem innovativen Großprojekt arbeiten. CellPROM – das mit einem Gesamtvo-lumen von 27 Mio € größte IntegrierteProjekt im Themenbereich Nano-Bio-technologie – vereint für vier Jahre 27akademische und industrielle Partneraus 12 Ländern unter der Leitung vonProf. Dr. Günter Fuhr und wird durchdas Fraunhofer IBMT koordiniert. DieKurzbezeichnung CellPROM steht für»Cell PROgraMming by nanoscaleddevices«. Projektziel ist die ober-flächenunterstützte Differenzierungvon Zellen im großtechnischen Maß-stab, wozu künstliche makromolekula-re Landschaften nach dem Vorbild derZelloberflächen auf nanotechnologi-schem Wege entwickelt und erprobtwerden sollen. In Ergänzung zu lösli-chen Faktoren, wie Differenzierungs-und Wachstumsfaktoren, unterstützensie auf biologische Weise die Differen-zierung von Zellen über multiple Ober-flächenkontakte. Diese makromoleku-laren Landschaften (NanoScapes) imi-tieren dabei Funktionen, die im Gewe-be und Körper über die Oberflächen-kontakte von Zellen zu Matrixelemen-ten und Nachbarzellen ausgeübt wer-den. Der Ansatz soll eine technischeLücke schließen bei einer Minimierungunerwünschter Nebenwirkungen derIn-vitro-Zellprägung. Die Beherrschungdieser Prozesse im industriellen Maß-stab ist die Voraussetzung für dieErschließung wichtiger Anwendungs-felder in den Bereichen Biotechnologie,

Medizin, Pharmazie und Technologie-Entwicklung. Mit dem Projekt Cell-PROM wird interdisziplinäres Neulandbetreten und ein Beitrag zur Entwick-lung nanoskopischer Werkzeuge fürdie Zellhandhabung im Rahmen derBiotechnologie und regenerativenMedizin geleistet. Am Ende der Pro-jektlaufzeit von vier Jahren sollen funk-tionsfähige Module stehen, in denendie technischen Lösungen und biologi-schen Verfahrensschritte demonstriertwerden können, die dann als Aus-gangspunkt für die Entwicklung zurSerienreife sowie für die Konzeptionvon Folgeanwendungen dienen kön-nen, deren Gesamtheit die Bedeutungdes Standortes Europa im Zukunfts-markt Nanobiotechnologie wesentlichstärken wird.

Das Integrierte Projekt CellPROM star-tete im März 2004. Am 25. und 26.März 2004 fand das Kick-off-Meetingfür das Projekt statt. In vierteljährlichenAbständen finden Arbeitstreffen mitallen Partnern statt, ergänzt durchregelmäßige Treffen mit 8 Workpack-age-Leadern und deren Stellvertretern.Am 14./15. März 2005 erfolgte daserste Annual Assessment Meeting inDortmund. Die Etablierung einer ope-rationellen und effektiven Manage-mentstruktur, die Evaluierung undErarbeitung möglicher Gerätekonzeptefür die verschiedenen Module, dieDurchführung erster biologischer Zell-experimente und die Konzeption tech-nologischer Prototypen beherrschtendas erste Projektjahr und wurden imAssessment im März 2005 in allenPunkten positiv evaluiert.Zwei unterschiedliche Konzepte zurHandhabung der Zellen wurden ent-wickelt und vorgestellt: Ein Konzeptbasiert auf magnetmanipulierten Tar-

Zukunftsfeld Nanobiotechnologie

Zellprogrammierung im CellPROM-Projekt.

Abbildungen 1 und 2: Simulationen zur Veranschau-lichung der in Realisierung befindlichen Module. Oben: Manipulation von Zellen ohne jede Oberflächen-berührung unter miniaturisierten Hochfrequenzfeldern.Unten: Magnetmanipulation von »NanoScapes« aufMicrocarriern in einem komplexen Kanalsystem.

Abbildung 3: Magnetmanipulierbare Targets für dieZellkultur in den kreisförmigen Arealen (Breite eines Targets 1 mm).



gets und erlaubt es, mittels flacher,miniaturisierter Trägersubstrateadhärente Zellen zu manipulieren(siehe Abbildung 2).

Ein weiterer Ansatz basiert auf einemfluidischen Lab-On-Chip-Konzept, indem Zellen berührungslos handhabbarsind. Beide Konzepte werden parallelin der nächsten Phase vorangetrieben,die entsprechenden Module entwickeltund evaluiert. An dem Projekt arbeitenFirmen wie Evotec Technologies(Deutschland), Leister Process Techno-logies (Schweiz), GeSIM (Deutschland),Sysmelec (Schweiz), Eurogentec (Belgien), Silex (Schweden), SurfaceImaging Systems, AMO, Eurice undtp21 (Deutschland) sowie institutionel-le Einrichtungen wie das Royal Instituteof Technology (Schweden), das Institu-te of Experimental Biology and Techno-logy (Portugal), das Institut Pasteur(Frankreich), das Institut für Spektro-

chemie und Angewandte Spektrosko-pie, das Institut für Neue Materialien,das Georg-Speyer-Haus und das Max-Planck-Institut für BiophysikalischeChemie (Deutschland), die Universitä-ten von Lausanne (Schweiz), Barcelona(Spanien), Saarbrücken (Deutschland),Wien (Österreich), Kaiserslautern(Deutschland), Pavia (Italien), Ljubljana(Slowenien), Tel-Aviv (Israel) und Vilnius(Litauen) in einer ansonsten kaum zufindenden Kooperation zusammen.

Die Koordination derartiger Großpro-jekte ist neben den Inhalten eine Her-ausforderung und erfordert neueInstrumente des Managements. DasFraunhofer IBMT wird bei der Bewälti-gung dieser Aufgabe durch die Einbet-tung in den Life Sciences-Verbund unddie Nutzung der Verwaltung der Fraun-hofer-Gesellschaft unterstützt.

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

Abbildung 4: Schema des projektierten Großgeräts, mit einem komplexen Mikrosystem (Multihandlingchip, rot) in der Mitte.

Abbildung 5: Professor Günter Fuhr, Koordinator desIntegrierten Projektes CellPROM, begrüßt die Gäste an-lässlich des ersten Assessment Meetings im März 2005.

Abbildung 7: Frau Uta Faure, Project Officer der EU in Brüssel, erläutert die Erwartungen der EU an das Integrierte Projekt CellPROM.

Abbildung 6: Die Teilnehmer des ersten CellPROMAnnual Assessment Meetings in Dortmund, die gleich-zeitig Partner in einem der größten unter den Integrier-ten Projekten der EU sind.



Im Rahmen eines Kontaktbesuchs aufInitiative des BMBF wurde im Jahr 2004mit der chinesischen Seite vereinbart,das Feld der Nanobiotechnologie inbeiden Ländern durch abgestimmte,bilaterale Projekte zu befördern undeine engere Verbindung beider For-schungslandschaften zu initiieren. ImRahmen mehrerer Workshops solltenFuE-Felder für 2+2- Projekte (in beidenLändern jeweils zur Hälfte aus Partnernder Industrie und aus Forschungs-instituten zusammengesetzt) mit demSchwerpunkt in der angewandten For-schung definiert werden. Diese Work-shops sollten bevorzugt in China undim direkten Kontakt mit den dortigenExperten abgehalten werden und zum

Besuch von Forschungsinstitutionenund Industrieunternehmen sowie zurpersönlichen Kontaktaufnahmegenutzt werden. Eine dieser Delegatio-nen organisierte und leitete ProfessorGünter Fuhr für das BMBF vom10.–14. April 2005 im Rahmen einesWorkshops zum Thema »Nanobiotech-nologie« in Changsha. In Folge desWorkshops wurde gemeinsambeschlossen, den jeweiligen For-schungsministerien vier Leitprojektevorzuschlagen:

• Erforschung und Nutzbarmachungaktiver/passiver Nanooberflächen fürdie Krebstherapie.

• Wechselwirkung von Nanopartikelnund auf Zellen. Therapeutische Kon-sequenzen für die Nanomedizin.

• Nano-Robots für die Nanomedizin.• Nano-TCM (Nanobiotechnologie in

der Traditionellen ChinesischenMedizin).

Es hat sich als sehr nützlich erwiesenund den vertrauensvollen Informati-onsaustausch während des Workshopssicherlich sehr befördert, diese Veran-staltung in China durchgeführt zuhaben. Eine Vielzahl von FuE-Koopera-tionsmöglichkeiten wurde sichtbar, dieunter den vier Projektthemen als bina-tionale und bilaterale deutsch-chinesi-sche Projekte auf dem Gebiet derNanobiotechnologie definiert werdenkonnten und zu für beide Seiten nutz-bringenden Projektanträgen führenwerden.

Im Juli des Jahres wurden vier Projekt-skizzen an die entsprechenden Minis-terien des BMBF sowie der chinesi-schen Regierung übersandt.

China als eines der am raschesten sichentwickelnden Länder dieser Welt isteiner der Zukunftsmärkte mit hoherindustrieller Gründerfrequenz. Nebenden offiziellen Kontaktanbahnungenwurden die bereits traditionellen Kon-takte zu kleinen und mittleren Firmengepflegt. Das IBMT akquiriert bereits 5 % seiner Einnahmen aus industriel-len Projekten mit chinesischen Firmen.Diese wenigen Zahlen belegen dieBedeutung Chinas als Motor für dieinternationale Technologieentwick-lung. Gleichzeitig gilt es, entwickeltesKnow-how nachhaltig zu schützen undkontrolliert zu vermarkten. Die Anmel-dung einer Vielzahl von Patenten auchin China gehört daher seit mehrerenJahren zur Strategie des FraunhoferIBMT.

Delegation »Nanobiotechnologie« in China, Changsha 10.–14. April 2005

Mitglieder der deutschen Delegation (v.l.n.r.: Prof. Dr. Klaus Gersonde (Fraunhofer IBMT), Dr. Günter Bauer (EVOTECTechnologies GmbH), Prof. Dr. Michael Veith (Institut für Neue Materialien INM), Prof. Dr. Günter R. Fuhr (FraunhoferIBMT), Dr. Kristina Riehemann (CeNTECH GmbH), Frau Carmen Friedrichsen (JPK Instruments AG), Dipl.-Chem. StefanGräter (Universität Heidelberg), Prof. Dr. Claus-Michael Lehr (Universität des Saarlandes), Dr. Steffen Howitz (GESIMGmbH)).



Die deutsche Delegation in der Akademie der Wissenschaften Chinas, Beijing, 11. April 2005 im repräsentativen Empfangssaal.

Prof. BAI Chunli, Vize-Präsident der Akademie der Wissenschaften Chinas im Gesprächmit dem Leiter der deutschen Delegation.

Gruppenbild der deutschen und chinesischen Delegationsmitglieder während desWorkshops in Changsha am 12. April 2005.

Bilaterale Gespräche zwischen deutschen und chinesischen Firmen und Institutionenan themenspezifischen Tischen erwiesen sich als außerordentlich fruchtbare und effektive Form der Kommunikation, Changsha, 13. April 2005.



Blick in eines der Laserlabore des Fraunhofer IBMT.

– 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, umden größtmöglichen Praxisbezug her-zustellen. Die Kundennähe ist ein Cha-rakteristikum und eine wichtige Vor-aussetzung, um den Bedürfnissen desMarktes aus der Grundlagenforschungheraus 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 Sciences-Verbund derfünf Fraunhofer-Institute (IBMT, IGB,IME, ITEM, IZI) schafft Synergie-Effekte.Fachkenntnisse aus unterschiedlichstenForschungsfeldern können in Koopera-tionen genutzt werden und erlaubeneine kompetente Bearbeitung auchmultidisziplinärer Fragestellungen.Durch Kooperationsverträge werdenfür IBMT-Kunden vollständige Wert-schöpfungsketten durch Sicherstellungdes Anlagenbaues und der Material-entwicklung garantiert.

Qualität:Liefertreue und Zuverlässigkeit prägendie Arbeiten des Fraunhofer-Institutsfür Biomedizinische Technik. Die Erstel-lung eines Pflichtenheftes in Zusam-menarbeit mit dem Kunden gewährleis-tet 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 Projektarbeit erfolgt im Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik wiefolgt: Am Beginn eines Projektes stehteine wissenschaftlich-technische Bera-tung. Hierbei werden anhand des exis-tierenden Know-how sowie mittelsLiteratur-, Patent- und Marktrecher-chen die möglichen Probleme des Pro-jektes 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-gietransfer 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 für ihnlohnt, in die nächste Phase einzutre-ten. Dieses Kriterium erleichtert demKunden wie auch dem IBMT die Auf-tragsvergabe bzw. -annahme undführt zu überschaubaren, kalkulierba-ren Projektzeiten 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 Wis-senschaftler und Ingenieure von einererfahrenen Vertragsabteilung innerhalbder Fraunhofer-Gesellschaft unter-stützt.

Nutzungsrechte:Über die Nutzungsrechte an den in derAuftragsbearbeitung entstandenenPatenten verfügt allein der Kunde.Nach den Wünschen des Kunden wer-den individuelle Vereinbarungengetroffen. Das IBMT wird durch mehrals fünf renommierte Patentanwalts-kanzleien vertreten.

Koordination:Das Fraunhofer-Institut für Biomedizini-sche Technik ist erfahren in der Koordi-nation komplexer Verbundvorhaben

und übergeordneter Leitprojekte. Indiesem Zusammenhang werden admi-nistrative und koordinative Aufgabenübernommen und eine gute Kommu-nikation zwischen den Projektpartnernim Verbund sichergestellt, um Rei-bungsverluste zu minimieren.

Schulungen:Als Dienstleistung für den Kunden bie-tet das IBMT auch die Schulung vonMitarbeitern im Hinblick auf die Ein-führung neuer Verfahren und Techno-logien an. Diese kann direkt vor Ort imBetrieb 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 sorgfältigen und per-manenten Überprüfung nach Zeit undKosten und sind auf einen erfolgrei-chen Projektabschluss hin ausgerichtet.Computerunterstütztes Projekt-Con-trolling begleitet 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 (Umwelttechnik, Chemie, Pharmazie, Materialtechnik,Kfz-Technik, Hydraulik, Maschinenbau,Anlagenbau, Sensor-Systeme) zu den Kunden des Fraunhofer-Institutsfür Biomedizinische Technik. Das IBMTarbeitet seit seiner Gründung 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 Prof. Dr. Klaus-Peter Hoffmann

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

Neue Materialien für Medizintechnik, Medizin Prof. Dr. Klaus-Peter Hoffmann

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

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

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

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

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

Optische Tomographie humaner Dermatologie, Pharmazie, Kosmetik Prof. Dr. Karsten König

Haut / Zellen und Geweben in vivo, Drugscreening Tel.: +49 (0) 6894/980-150

Mikro- und Nanoprocessing von Medizintechnik/Biologie, Nanostrukturierung Prof. Dr. Karsten König

Zellen, Geweben und Materialien Tel: + 49 (0) 6894/980-150

Durchflusssensoren Medizin, Lebensmittelindustrie, Dr. Thomas Velten

Chemie, Umweltprüfung Tel.: +49 (0) 6894/980-301

Sensor zur Bestimmung der Nässe Medizintechnik Dr. Thomas Velten

der Mundhöhle Tel.: +49 (0) 6894/980-301

Mikrofluidik-Aufsätze für Lab-On-Chip-Systeme; Medizin, Biotechnologie, Dr. Thomas Velten

Mikrofluidische Applikationen auf Wafer »Mikrofluidik-Prober« Pharmazie Tel.: +49 (0) 6894/980-301

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

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

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), Produkte in Dipl.-Ing. Christian Degel

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

Produkte im Bereich Füllstandsmessung, Durch-

flussmessung 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


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-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

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

Füllstands-Messtechnik Mess-, Umwelt- und Verfahrens- Dipl.-Ing. Matthias Molitor

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

Therapeutischer Ultraschall Ophthalmologie, 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 Pharmaindustrie, Kosmetikindustrie Priv.-Doz. Dr. Frank Volke

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

und 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 Medizin, Werkstoffwissenschaften, Priv.-Doz. Dr. Frank Volke

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

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

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

Untersuchung der Struktur und Dynamik komplexer Molekül- Chemie, Polymerindustrie, Biotechnologie Priv.-Doz. Dr. Frank Volke

strukturen mittels mehrdimensionaler NMR, AFM, SIM, FT-IR Tel.: +49 (0) 6894/980-405

und den entsprechenden mikroskopischen Techniken

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

Medizintechnik

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

On-Line-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

On-Line-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

Consulting/Gutachten: Nichtinvasive Joint Venture Kapital, Spin-off Firmen Priv.-Doz. Dr. Frank Volke

Bildgebungsverfahren, neue Technologien Tel.: +49 (0) 6894/980-405

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

Dielektrische Spektroskopie auf Einzelzellbasis Medizin, Biotechnologie, Pharmazie, Diagnostik Dipl.-Biophys. Magnus Jäger

Tel.: +49 (0) 30/20 93-8808

Mikrofluidische Durchflusssysteme mit Medizin, Biotechnologie, Pharmazie, Diagnostik Dipl.-Biophys. Magnus Jäger

integrierter Elektro- und Dielektrophorese Tel.: +49 (0) 30/20 93-8808

Elektrofusion Medizin, Biotechnologie, Pharmazie Dipl.-Biophys. Magnus Jäger

Tel.: +49 (0) 30/20 93-8808

Optische und elektrische Werkzeuge zur berührungsfreien Medizin, Biotechnologie, Pharmazie, Diagnostik Dipl.-Biophys. Magnus Jäger

Partikelmanipulation in Suspension und Kulturmedien Tel.: +49 (0) 30/20 93-8808

Chipbasiertes Sortieren von Zellpopulationen, Medizin, Biotechnologie, Pharmazie Dipl.-Biophys. Magnus Jäger

Beladen mit Agenzien, gezielte Partikelaggregation Tel.: +49 (0) 30/20 93-8808

Charakterisierung der Zelladhäsion Medizin, Biotechnologie, Pharmazie Dipl.-Biophys. Magnus Jäger

auf funktionalisierten Oberflächen Tel.: +49 (0) 30/20 93-8808

Einzelzell-Analyse im fluidischen System Krebsforschung, klinische Diagnostik, Dr. Andreas Lankenau

Biotechnologie Tel.: +49 (0) 30/2093-8767

Beeinflussungsfreie Charakterisierung Biotechnologie, Stammzellforschung Dr. Andreas Lankenau

von Zellzuständen mittels Zellspuranalytik Tel.: +49 (0) 30/2093-8767

Mikro-Kontakt-Stempeln von Biomolekülen Biotechnologie, Stammzellforschung Dr. Andreas Lankenau

und beschichteten Partikeln Tel.: +49 (0) 30/2093-8767

Sub-µm Abbildungen mittels paralleler Fluoreszenz-, Rasterkraft- Biotechnologie Dr. Andreas Lankenau

und Interferenz-Reflexions-Mikroskopie (IFM, AFM, IRM) Tel.: +49 (0) 30/2093-8767



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

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

Anzucht von Algenrohmaterial Reinigungsmittel-, Pharma-, Lebensmittel-, Dr. Thomas Leya

nach Kundenspezifikationen Futtermittel- und Kosmetikindustrie Tel.: +49 (0) 30/2093-8350

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

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

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

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

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

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

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

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

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

handling 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 zum Test der Pharmazie, Medizin, Medizintechnik, Dr. Hagen Thielecke

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

Präklinische Tests von Nanopartikeln Biotechnologie, Pharmazie, Neue Materialien Priv.-Doz. Dr. Hagen von Briesen

zum gezielten Wirkstofftransport Tel.: +49 (0) 6894/980-286

Zellkulturmodelle der Blut-Hirn-Schranke (BBB) Medizin, Biotechnologie, Pharmazie Priv.-Doz. Dr. Hagen von Briesen

Tel.: +49 (0) 6894/980-286

Tieftemperaturmesstechnik (digital/analog) Elektronik Prof. Dr. Heiko Zimmermann

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

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

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

Bitte rufen Sie uns an, wenn Sie Fragen haben, weitere Informationenoder ein konkretes Angebot wün-schen. Publikationen und Broschürensenden wir Ihnen gerne zu. BesuchenSie unsere Internetseiten: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]

Kontakt und weitere Informationen



Das Institut in Zahlen

– Mitarbeiterentwicklung– Betriebshaushalt– Vertragsforschung mit der Wirtschaft

Mitarbeiter aus St. Ingbert und Sulzbach bei einem Betriebsausflug 2005.

IBMT-Mitarbeiter und Gäste anlässlich des Richtfestes am 22. Juni 2005 – Institutsneubau Golm.



Mitarbeiterentwicklung

Im Jahr 2005 waren am Fraunhofer-Institut für Biomedizinische TechnikIBMT 178 wissenschaftliche, techni-sche und verwaltende Mitarbeiter(inklusive Lehrstühle) sowie 32 studen-tische Hilfskräfte und 33 Praktikantenbeschäftigt. Zusätzlich arbeiteten 12Gastwissenschaftler längere Zeit imInstitut.

Betriebshaushalt

Der voraussichtliche Betriebshaushalt2005 wird 11,7 Mio. € betragen.

Der Anteil der Industrieerlöse zurDeckung des Gesamtaufwandesbeträgt im Jahre 2005 voraussichtlich2,5 Mio. €.

Vertragsforschung mit der Wirtschaft

Projektarbeit steht im Vordergrund der Forschungsaktivitäten am Institut.Es war Ziel des Jahres 2005, die sehrhohe Zahl der Projekte in den Jahren2000 bis 2002 zugunsten größererProjekte zu verringern. Dies ist bei steigendem Gesamtprojektumfang mit nunmehr 310 Projekten gelungen.Davon entfielen 102 Projekte auf industrielle Auftraggeber, das entspricht ca. 33 %.

VerwaltungsleitungBärbel WalterTelefon: +49 (0) 6894/[email protected]

2005

310

1991

93

1992

111

1993

119

1994

125

1995

140

1996

242

1997

299

1998

290

1999

283

2000

379

2001

399

2002

380

2003

322

2004

328

450

400

350

300

250

200

150

100

50

0

Anzahl

Personalentwicklung von 1999 bis 2005.

Projektentwicklung von 1991 bis 2005.

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

178

32

12

2005

Mitarbeiter gesamtStudent. HilfskräfteGäste



– Gesamtkompetenz im Überblick– Forschungsfelder– Zielgruppen– Leistungsangebot– Vorteile der Vertragsforschung

Karte mit den Forschungseinrichtungen der Fraunhofer-Gesellschaft und den Standorten des IBMT.

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 sieauf 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 600 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.

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).

Joseph von Fraunhofer.



Forschungsfelder

Forschung und Entwicklung sind in der Fraunhofer-Gesellschaft in achtInstitutsgruppen (Cluster) zusammen-gefasst:– Werkstofftechnik/Bauteilverhalten– Produktionstechnik/Fertigungs-

technologie– 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 Sciences-Verbund, bestehend aus vier Gründer-instituten (IBMT, IGB, IME, ITEM) unddem im Aufbau befindlichen IZI installiert.

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 Ein-satzreife. 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 For-schung und Entwicklung in vielen Leis-tungsbereichen an:– Produktoptimierung, Entwicklung

von Prototypen, Optimierung vonVerfahren und Entwicklung neuerProzesse

– Einführungsunterstützung neuerbetrieblicher Organisationsformenund Technologien durch– Erprobung in Demonstrations-

zentren mit modernster Geräte-ausstattung

– Schulung der beteiligten Mitar-beiter vor Ort

– Service-Leistungen auch nach Einführung neuer Verfahren undProdukte

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

den Mittelstand– Prüfdienste und Erteilung von Prüf-

siegeln– Ausgründung von Firmen– Beratung zu Firmenkonzepten– Erarbeitung von Wirtschaftskon-

zepten

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 (AMBT)

– Molekulare Bioanalytik & Bioelektronik– Zelluläre Biotechnologie & Biochips

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

Prüfung eines Biochip-Arrays. (Foto: ©Jan Woitas dpa/lbn 27.07.2005).



Mikrosysteme/Lasermedizin

Angebote, Ergebnisse und Produkte der Arbeitsgruppen

– Magnetische Resonanz– Miniaturisierte Systeme– Lasermedizin

Projektbeispiel: Intelligente Zahnkrone mit integriertem Mikrosystem zur Closed-Loop-Stimulation der Speichelsekretion

Ausstattung

Nanostrukturierung von Silizium-Wafern mittels Femtosekunden-Laser.



Die Laser-Nanomedizin basiert aufder Wirkung innovativer optischerHighTech-Systeme im subzellulärenBereich. Ein solches System stellt dernahe infrarote (NIR) Femtosekunden-Laser in Kombination mit speziellerScan- und Fokussieroptik dar. Für dieDauer von nur 100 Femtosekunden, inder das Licht einen Weg von lediglicheinem Drittel der Haaresbreite zurück-legt, stellt der Laserpuls eine hohe Leistung von 10 kW bereit. Wird derLaserstrahl mittels Zeiss-Optik beu-gungsbegrenzt fokussiert, stehen fürdiesen kurzen Moment enormeLichtintensitäten (TW/cm2) zur Verfü-gung, die unsere normale Sonnen-lichtintensität um 13 Größenordnun-gen überbieten und im Target ein Plas-ma hervorrufen können. Dies kann zurpräzisen Materialentfernung genutztwerden. Erstaunlicherweise konnten so erstmalsLaser-Schnitte und -Vertiefungen inChromosomen und DNA-Molekülen imBereich um 70 Nanometern erreichtwerden. Diese Schnittbreite ist um denFaktor 1 000 kleiner als die Breite einesHaares und liegt um den Faktor 10unter der verwendeten Laserwellenlän-ge. Derartige nanochirugische Eingriffelassen sich auch im Inneren einer ein-zelnen vitalen Intragewebe-Zelle imAuge oder in der Tiefe der Haut durch-führen. Die Mikroumgebung wird nichtgeschädigt. Prinzipiell können so z. B.einzelne Tumorzellen, Nervensträngeund Organellen ausgeschaltet werden(»optical knock-out«) ohne die Nach-barn zu schädigen. InteressanteAnwendungen sind z. B. der optischeGentransfer in Stammzellen und dieintraokulare Chirurgie zur Korrekturvon Fehlsichtigkeit. Der Transfer vonGenen und pharmazeutischen Wirk-stoffen kann durch eine Nano-Permea-tion in die Zellmembran erreicht wer-den. Durch zelluläre Selbstreparatur-

prozesse verschließt sich die Öffnungtypischerweise innerhalb von 5 Sekun-den. In dieser Zeit konnten in einerunserer Arbeitsgruppen Fremd-DNAkontaktfrei in das Innere verschiedenerZellen und in Tumorsphäroide einge-schleust werden.Mehr als 2 Millionen fehlsichtige Pati-enten unterziehen sich jährlich einerLASIK-Operation, bei der mittels UV-Laserpulsen im Nanosekundenbereichund einer hohen Pulsenenergie vonmehr als 1 Millijoule ein Teil des Stro-mas entfernt wird. Da die darüberlie-gende Epithelschicht partiell erhaltenwerden soll und der UV-Laser aufgrundgeringer Lichteindringtiefe nur ober-flächig arbeiten kann, muss dieseGewebeschicht mittels mechanischemSpezialhobel (»Mikrokeratom«) ent-fernt werden. Vorteilhafter wäre eine Laseroperationim Augeninneren ohne mechanischeSchneidinstumente. Derzeit versuchenamerikanische Firmen verstärkte Fem-tosekunden-Laserpulse mit Pulsenergi-en im Mikrojoule-Bereich einzusetzen.Das Problem: Unsere Messungen erga-ben, dass mehr als 20 % der Laser-strahlung auf die Retina treffen kannund die Gefahr einer laserinduziertenSehstörung besteht. Die destruktivenNebeneffekte skalieren mit der appli-zierten Pulsenergie. Der ArbeitsgruppeLasermedizin gelang es nun, die einge-setzte Pulsenergie der Femtosekunden-laser um einen Faktor 1 000 zu senken.Erstmals wurde demonstriert, dassauch unverstärkte Femtosekunden-Laserpulse der geringen Pulsenergievon lediglich 1 Nanojoule in der Lagesind, präzise Materialabtragungen imAuge zu realisieren. Interessanterweiselassen sich mit nJ-NIR-Laserpulsen auchSilizium, Gold und Polymere nano-strukturieren. So gelang uns kürzlichdie Erzeugung periodischer selbstorga-nisierender Sub-100nm-Strukturen inSiliziumwafern. Das Thema Laser-Nanomedizin warauch ein thematischer Schwerpunktder diesjährigen Internationalen Konfe-renz Focus on Microscopy FOM2005,

die von der Abteilung Mikrosysteme/Lasermedizin zusammen mit der University of Amsterdam organisiertwurde. Die Tagung, die anlässlich des100. Todestages von Ernst Abbe(1840–1905) im März in Jena statt-fand, wurde von ca. 700 Wissenschaft-lern besucht. Die FOM 2006 wird inPerth/Australien stattfinden. Auf Bitten der Deutschen und derSchweizerischen Gesellschaft für Laser-medizin gestaltete die AbteilungMikrosysteme/Lasermedizin das Son-derheft Laser Nanomedicine (LMA 20 (2005) 3, Elsevier) mit Beiträ-gen internationaler Laserexperten. AlsGasteditoren fungierten Prof. K. Königvom IBMT und der Japaner Prof. W.Watanabe von der Universität Osaka.

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 Bio-membranen

– 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, Cremesetc.

– Hydratationseigenschaften von Biopolymeren und Werkstoffen

– Beschichtung von Oberflächen (Biokompatibilität)

– In-vitro-und In-vivo-Studien zur Wirkung von Cremes und Salben aufdie Haut

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

(z. B. Kryokonservierung, Kryo-protektion)

– Zell-Zell- und Zell-Oberflächen-Wechselwirkung mit hochauflösen-der NMR-Spektroskopie

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

Polymeren und Biopolymeren– Diffusionsverhalten von Flüssigkeiten

in Polymeren– NMR-Microimaging in Verbund-

materialien– 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 On-Line-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, ange-passt an entsprechende Untersu-chungsobjekte

– State-of-the-Art Gradientenspulenfür NMR-Microimaging, z. B. 200 G/cm Gradientensysteme in x,y,z-Richtung und Zeiten für dieMessbereitschaft 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 Kommunika-tions-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 Bio-chips

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

– Mikro-Injektionschips für Zell-injektionen

– 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, biokompa-tibler Materialien (Ätzen, Heißprä-gen, Silikonabformen)

– rotatives Heißprägen von (fluidi-schen) Mikrostrukturen in groß-flächige Polymerfolien

– Hybrid-integrierte 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]

Lasermedizin

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

– optische Tomographie von Zellen und Geweben

– optische Melanom-Diagnostik undDrug-Screening

– Nanochirurgie innerhalb von Zellenund Geweben

– Mikrostrukturierung– Nanostrukturierung von Polymeren,

Metallfilmen, Silizium– optical trapping– stationäre und zeitaufgelöste

Fluoreszenzspektroskopie– Fluoreszenz-Lifetime-Imaging (FLIM)– Ramanspektroskopie– Zweiphotonen-Fluoreszenz-Korrela-

tions-Spektroskopie– AFM– Elektronenmikroskopie– Vitalitätstest– Zellklonierungs-Assay– ROS-Detektion

– Imaging von ECM-Strukturen (Elastin, Kollagen)

– Detektion pathogener Mikroorga-nismen

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

Miniaturisierte Systeme



schwankt zwischen einer maximalenund einer minimalen Rate. Dabei wirddie Sekretion durch Kauen sowie dasSchmecken, Riechen und Sehen vonEssen bis auf den 5–50 fachen Wertgesteigert. Diese peripheren Stimuliwerden an das zentrale Nervensystemübermittelt und führen zu einer ver-stärkten Speichelabsonderung. Meis-tens resultiert Mundtrockenheit auseiner Unterfunktion der Speicheldrüsen(Hyposalivation); der Speichelfluss kannin diesem Fall den Speichelverlust imMundraum nicht kompensieren. Eine Unterfunktion der Speicheldrüsekann verschiedenste Ursachen haben,wie beispielsweise Autoimmunerkran-kungen, Alzheimer, Diabetes oder dieBehandlung dieser Krankheiten.Außerdem sind über 400 Medikamen-te bekannt, die die Mundtrockenheitals Nebenwirkung auflisten, darunterblutdrucksenkende Mittel und Herzme-dikamente, welche vor allem von älte-ren Menschen eingenommen werden.Verminderter oder gänzlich fehlenderSpeichelfluss hat gravierende medizini-

Ausgangssituation

Mundtrockenheit (Xerostomie) ist einLeiden, das in Europa bei etwa 20–30 % der älteren Personen auftritt.Derzeit sind europaweit etwa 30 Mil-lionen ältere Menschen davon betrof-fen. Aufgrund der zukünftigen demo-graphischen Veränderungen wird derAnteil der an Mundtrockenheit leiden-den Menschen weiter steigen.Speichel erfüllt mehrere wichtige Auf-gaben. Er erleichtert z. B. dieGeschmackswahrnehmung, leitet denAufschluss von Speisestärke ein,schmiert die Oberflächen der Mund-höhle, unterstützt das Kauen undSchlucken und hilft das Gewebe imMundraum sauber zu halten. DieseAufgaben können nur zufriedenstel-lend wahrgenommen werden, wennZusammensetzung und Flussrate desSpeichels nicht gestört sind. Dafür sindvor allem die wichtigsten Speicheldrü-sen – die Ohrspeicheldrüse, die Unter-kieferspeicheldrüse und die sublingualgelegene Speicheldrüse – aber auchdie kleineren Speicheldrüsen verant-wortlich. Die Speichelabsonderung

sche, psychologische und auch sozialeFolgen. Hyposalivation führt zuschlechter Aussprache, Mundgeruch,Problemen beim Kauen und Schlucken,verändertem Geschmacksempfindenund es kann das Gefühl eines Bren-nens im Mundraum auslösen. Vorallem aber leiden die betroffenen Per-sonen verstärkt an Karies sowie an Ent-zündungen im Mundraum. ZurBehandlung von Xerostomie existierenverschiedene Methoden und Medika-mente. Diese reichen vom häufigenSpülen des Mundraums mit Flüssigkei-ten über die Stimulation der Speichel-sekretion durch Verwenden von Kau-gummi, Bonbons o. a. bis zum Einneh-men von Medikamenten. Mit Ausnah-me der Medikamente, wirken dieseMaßnahmen nur unzureichend undnur während der Zeit der Anwendung.Medikamente – wie z. B. Pilocarpineund Cevimeline – sind zwar wirksamer, führen aber zu Nebenwir-kungen bzw. dürfen nicht eingenom-men werden von Patienten mit Krank-heiten wie Glaukom, Asthma, chroni-sche Bronchitis, Schilddrüsenüberfunk-tion, welche gerade bei älterenMenschen sehr verbreitet sind. Bei denmeisten Xerostomie-Erkrankungen istjedoch die Speicheldrüse selbst nichtgeschädigt, so dass sie keine Stimu-lation erfahren muss.Eine wirksame langanhaltende undnebenwirkungsarme Behandlungs-methode für Patienten mit Xerostomieist derzeit nicht vorhanden.


Projektbeispiel: Intelligente Zahnkrone mit integriertem Mikrosystem zur Closed-Loop-Stimulation der Speichelsekretion

Abbildung 1: Blockschaltbild der Elektronik.



Projektbeschreibung

Im Rahmen des von der EU geförder-ten Forschungsprojekts SALIWELL (IST-2001-37409) wird am FraunhoferIBMT ein miniaturisiertes System vonder Größe eines Weisheitszahns ent-wickelt. Dieses System enthält einenElektrostimulator zur Stimulation derSpeichelsekretion, einen Sensor zurBestimmung der Nässe im Mundraum,eine Fernbedienung zur drahtlosenSteuerung bzw. Programmierung desSystems sowie die dazu nötige Elektro-nik inklusive Mikrokontroller und Bat-terie. Ziel ist die Entwicklung einesSystems in Form einer Zahnkrone, dieauf ein Standardimplantat aus Titangeschraubt wird. Da massiv an Xero-stomie leidende Patienten in der Regelan Zahnausfall leiden, ist bei diesenPatienten meistens eine Lücke imBereich der Weisheitszähne vorhan-den. Das System ist nicht nur hinsicht-lich der Baugröße, sondern auchbezüglich des Energieverbrauchs opti-miert und soll eine Betriebsdauer vonmindestens 6 Monaten haben.

Projektpartner:– Fraunhofer IBMT, D:

Nässesensor, Stimulator, Telemetrie– Assuta Medical Center, IL:

Koordinator– Valtronic SA, CH:

Aufbau- und Verbindungstechnik– Nobel Biocare, S:

Implantat, Zuverlässigkeitsprüfung– Relsoft Systems Ltd, IL:

Software– Aran R & D Ltd, IL:

Hauptelektronik– Promedt Consulting GmbH, D:

Aspekte der medizinischen Zulassung – Charité, D:

klinische Studie– Universitätsklinik Neapel, I:

klinische Studie– Hospital Clinico San Carlos, E:

klinische Studie

Aufgaben

Als Partner des Projekts SALIWELL istdas Fraunhofer IBMT verantwortlich fürdie Entwicklung von Elektrostimulator,Nässesensor und drahtloser Kommuni-kation. Alle diese Komponenten sindhinsichtlich Baugröße und Energiever-brauch zu optimieren. Außerdem müs-sen alle mit dem Mundraum in direk-ten Kontakt tretenden Komponentenbesonderen Ansprüchen hinsichtlichBioverträglichkeit, Korrosionsfestigkeitund mechanischer Robustheit genügen.Im Folgenden liegt der Schwerpunktauf dem Nässesensor, dessen Entwick-lung die größte Herausforderung dar-stellte. Da dieser Sensor die Nässe derMundhöhle messen soll, hat er einendirekten Kontakt zur Mundhöhle.Daher sind bioverträgliche, vorzugs-weise medizinisch zugelassene Mate-rialien zu verwenden, die zudem denbeim Kauen und der Mundhygieneauftretenden mechanischen Belastun-gen standhalten. An den Elektroden-

paaren darf keine Gleichspannunganliegen, weil die dadurch hervorge-rufene Elektrolyse verstärkte Korrosionder Elektroden und die Bildung teil-weise toxischer Elektrolyseprodukte zurFolge hätte. Die Stromaufnahme dergesamten Sensorik soll im zeitlichenMittel < 10 µA betragen. Es ist nichterforderlich, den Sensor dauerhaft zubetreiben, so dass zeitweise deutlichhöhere Ströme zulässig sind.

Lösung

Zur Bestimmung der Nässe im Mund-raum ist es nicht praktikabel Feuchte-sensoren zu verwenden, denn die relative Feuchte ausgeatmeter Luft beträgt 100 %. Durch den hohenFeuchtigkeitsgrad der Atemluft bildetsich auf den Schleimhäuten, den Zäh-nen und der Oberfläche eines im Mund-raum befindlichen Sensors ein Spei-chelfilm aus, dessen Dicke ein aussage-kräftiges Maß für die Nässe im Mund-raum darstellt. Die Filmdicke liegt imBereich von 20–90 µm. Sie kann bei

Abbildung 2: Kauschiene zum Nachweis der Machbarkeit.


Xerostomiepatienten bis unter 10 µmsinken. Die Filmdicke wird durch eineresistive Impedanzmessung bestimmt.Wird eine glatte Oberfläche, in welcheMesselektroden eingearbeitet sind, miteinem Film aus Speichel überzogen, sokann man die Filmdicke über eineImpedanzmessung ermitteln. Dabeiwächst der Wirkwiderstand mit abneh-mender Filmdicke. Dies stellt ein aus-reichend exaktes, wenn auch verein-fachtes Ersatzmodell dar, weil sich imrealen Experiment ein nichthomogenes

Strömungsfeld einstellen wird. Um dieEinflüsse des Übergangs von Elektrodezu Medium zu minimieren, wird eine4-Elektroden-Anordnung verwendet,in der die äußeren Elektroden voneiner Stromquelle definierter Amplitu-de gespeist werden und die Spannungzwischen den inneren Elektroden»stromlos« bestimmt wird. Die Span-nung zwischen den inneren Elektrodenwird mit einem Verstärker hoher Ein-gangsimpedanz gemessen. In dem hiervorgestellten Sensor wird sie voneinem Analog-Digital-Umsetzer digita-lisiert und von einem Mikrokontrollerweiterverarbeitet. Beim Entwurf derSensorelektronik wurde besondersberücksichtigt, dass der Sensor in dasGesamtsystem der Zahnkrone inte-griert werden muss. Wie das Block-schaltbild der Elektronik (Abbildung 1,S. 50) zeigt, teilen sich Stimulator undSensor die spannungsgesteuerte Strom-quelle und den Multiplexer. Die Steue-rung aller Abläufe übernimmt der Mikro-kontroller. Im Grundzustand befindeter sich in einem Stromspar-Modus, indem alle aktiven Komponenten deakti-viert sind. Der Stimulator für den Lin-gualnerv besteht im Wesentlichen ausgesteuerter Stromquelle und Multiple-xer. Beide werden sowohl zur Ansteue-rung der Stimulationselektroden alsauch der äußeren Elektroden des Näs-sesensors verwendet.

Ein erster Prototyp des Elektrostimula-tors inklusive Sensor wurde als Kau-schiene (Abbildung 2, S. 51) realisiert.Mit diesem wurde eine Studie an meh-reren europäischen Kliniken durchge-führt, welche eindrucksvoll eine erfolg-reiche Stimulation der Speichelsekre-tion sowie die In-vivo-Funktionstüch-tigkeit des Nässesensors belegte.Ein zweiter Prototyp ist als intelligenteZahnkrone realisiert (Abbildung 3).Hier steht die klinische Studie nochaus. Der Nässesensor ist in Form vonvier parallelen, äquidistanten Drähtenausgeführt, wobei lediglich die Draht-spitzen die eigentlichen Sensorelektro-

den darstellen. Nach einem Vergießendes kompletten Systems stehen die vier Drahtspitzen über und werden an-schließend abgeschnitten und poliert.Die Drahtenden sind Teil der Oberflächeund stellen elektrischen Kontakt mitdem Speichelfilm her. In Abbildung 4ist das Impedanzverhalten des Sensorsdargestellt. Der gemessene Widerstandentspricht dem Realteil des Quotientenaus gemessener Spannung und demeingeprägten Strom. Da sich derWiderstand umgekehrt proportionalzur Filmdicke verhält, steigen Wider-stand und Empfindlichkeit des Sensorsmit abnehmender Dicke. Im Mediumbildet sich ein stark inhomogenes Strö-mungsfeld aus und nur ein Teil des ein-geprägten Messstroms trägt zur Span-nung bei. Da dieser Anteil messtech-nisch jedoch nicht bestimmt werdenkann, muss als Referenz zur Berech-nung des scheinbaren Widerstandesder eingeprägte Strom der Stromquellezugrunde gelegt werden.

Projektförderung

Das Projekt »Saliwell« (Förderkennzei-chen: IST-2001-37409) wurde von derEU gefördert. Förderzeitraum:01.07.2002 – 31.05.2005.

Ansprechpartner

Dr. Thomas VeltenTelefon: +49 (0) 6894/980-301Fax: +49 (0) 6894/[email protected]


Abbildung 3: Intelligente Zahnkrone, aufgeschraubt aufein Implantat aus Titan.

Abbildung 4: Gemessener Widerstand in Abhängigkeitder Speichelfilmdicke.

Kommunikations-einheit

Nässesensor

Implantat

Batterie


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 (Selbstdiffusi-onskoeffizienten) bis 10–14 m2/s mitPulsed-Field-Gradient-NMR

– CAD und CAM von NMR-Probenköp-fen (bis 800 MHz) und magnetischenFeldgradienten-Einheiten (bis 500G/cm) für Mikroimaging und Sonder-anfertigungen für klinische MRT-Systeme

– CAD und CAM von MRI und NMRZubehör, z. B. Positioniersysteme,sowie 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


– 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 Verbindungstechnolo-gien (Die-Bonder, Ball-Wedge-Bonder, Wedge-Wedge-Bonder)

– anodischer Bonder– Dünnfilmprozessanlagen (Sputtern,

Aufdampfen, PECVD)– Abscheideanlage für Parylene C– Heißprägeanlage– Anlage für rotatives Heißprägen

großflächiger Folien– 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)

Arbeitsgruppe Lasermedizin

– Femtosekundenlaser (Ti: Saphir-Laser), MaiTai (710 nm – 990 nm, 80 MHz), Chameleon (720 nm – 930 nm, 90 MHz), Vitesse (800 nm, 80 MHz)

– Rubinlaser– CO2-Laser– modifiziertes konfokales Laser-

scanning-Mikroskop– kompaktes Scanning-Mikroskop für

die Nanochirurgie– Multiphotonen-Laserscanning-Mikro-

skop mit Spectral-Imaging-Modul(Zeiss LSM510-Meta-NLO)

– Multiphotonen-Imaging-System DermaInspect für die In-vivo-Unter-suchung der Haut

– Autokorrelator– Puls-Picker– Strahlanalyse-System (Spiricon)– Modul für die zeitkorrelierte Einzel-

photonen-Zählung und Fluoreszenz-Lifetime-Imaging

– Laser Tweezer– miniaturisierte Zellkammern für

Langzeitstudien (Zellkloning-Assay)– Tier-Operationsraum– Zellkultur-Facility

Ausstattung




Biohybride Systeme


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

Projektbeispiel: Zellchip-basierter Virusnachweis

Ausstattung

Mikrochip mit mesenchymalem Stammzellenbewuchs.



Die wissenschaftlichen Fortschritte derjüngsten Zeit auf dem Gebiet derStammzellforschung und des TissueEngineering lassen ein hohes Potenzialder Forschungsergebnisse für die(Stamm-)Zelltherapie erwarten. Der kli-nische Einsatz von Zelltherapien setztjedoch stabiles, sicheres und gut cha-rakterisiertes Zellmaterial voraus. Wieschnell Stammzelltherapien in breitemMaße klinisch eingesetzt werden können, hängt entscheidend von dentechnologischen Voraussetzungen für eine reproduzierbare Zellkultivie-rung und -differenzierung, für einenstressfreien Zelltransfer und für einezerstörungsfreie Zellcharakterisierungab. Dabei besteht zunehmend die Not-wendigkeit kleinste biologische Probenzu charakterisieren, zu transferierenund zu bearbeiten. In der AbteilungBiohybride Systeme wurden in denletzten Jahren mikrotechnisch-basierteVerfahren für die Charakterisierungkleinster Gewebeproben und einzelnerZellen entwickelt. Neben dem Einsatzdieser Verfahren zur Unterstützung derValidierung von Targets und Wirkstof-fen ergeben sich zunehmend neueAnwendungsfelder. Beispielsweisekommen die Verfahren im Rahmen vonanlaufenden europäischen Verbund-projekten

– für das Monitoring der Stammzelldif-ferenzierung in 3-D-Zellverbänden,

– im Rahmen therapeutischer Anwen-dungen für die Selektion von Zellver-bänden mit geringer Zellheteroge-nität,

– für die Evaluierung von non-viralenGentransfersystemen für die Ex-vivo-Behandlung und

– für die Bereitstellung und Eva-luierung von Daten für die system-biologische Modellierung von Einzel-zellen und Geweben

zum Einsatz.

Besonders hervorzuheben sind experi-mentelle Ergebnisse, die für den stress-armen Zelltransfer und die Zellbear-beitung von hoher Bedeutung sind.Die Grundidee für eine stressarme Zell-manipulation beruht darauf, dass sichZellen und Zellverbände schonendmanipulieren lassen sollten, wenn dieGeschwindigkeit des Manipulations-werkzeugs an die extrem langsameBewegungsgeschwindigkeit der Zellensowie an die Zeiten, in denen sichAdhäsionsplaques lösen und neu bil-den, angepasst ist. Daraus ergebensich Geschwindigkeiten für das Mani-pulationswerkzeug von einigen bismehreren Hundert µm/h (1 nm/s = 3,6µm/h). Das ist 500- bis 1 000mallangsamer als übliche Mikromanipula-tionsbewegungen! Es konnte experi-mentell gezeigt werden, dass sich der-art langsame Bewegungen technischnanometergenau realisieren und sicheinzelne adhärente Zellen oder Zell-gruppen tatsächlich stressarm vonOberflächen entnehmen lassen. Diesebemerkenswerten Ergebnisse sind fürdie zellbasierte Biotechnologie vongrundsätzlicher Bedeutung. Im Rahmen von nationalen Verbundfor-schungprojekten (z. B. BMBF-Projekt)werden Nanopartikel als Trägersystemefür Arzneimittel zur Behandlung vonTumorerkrankungen und neuro-degenerativer Erkrankungen entwickelt

und evaluiert. Einen weiteren Arbeits-schwerpunkt der Abteilung bildet dieEntwicklung von Verfahren und Gerätenfür die Kultivierung und Differenzie-rung von Stammzellen. Als Dienstlei-stung wird die Bewertung von Mate-rialien auf Zellverträglichkeit sowie derantibakteriellen und antiviralen Wir-kung von Oberflächen und Reinigungs-verfahren angeboten. Im letztgenann-ten Bereich ist ein zunehmendesKundeninteresse zu verzeichnen.

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



– Zell- und gewebebasierte Biosenso-ren für den funktionellen Wirkstoff-test sowie für die medizinische Dia-gnostik 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 vitro und 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

– In-Line-Sensorik für die Lebensmittel-industrie und Bioprozesskontrolle

– Durchführung von theoretischen undexperimentellen Studien auf denoben genannten Gebieten

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

Zell-basierte Sensorik & Biomonitoring




Angewandte Forschung und Entwicklung:– Zellkultur- und Zellaggregations-

modelle für Medizintechnik undPharmaka-Untersuchung

– dreidimensionale, organotypischeZellkulturtechnik (Tumor-, Retino-sphäroide (In-vitro-Retina, 3-D-Herz-muskelzellsphäroide)

– Modelle der Stammzelldifferen-zierung

– In-vitro-Zellkulturmodell der Blut-Hirnschranke zur Bestimmung vonWirkstofftransport-Raten

– Entwicklung und präklinischeTestung von Nanopartikeln zumgezielten Wirkstofftransport in ver-schiedene Target-Zellen

Biokompatibilitätsprüfungen:– Zytotoxizität von Biomaterialien und

Medizingeräten gemäß Medizinpro-dukteprüfung nach ISO 10993 undEN 30993

Virussicherheit:– Virusvalidierung der Herstellungs-

verfahren von Arzneimitteln aus bio-logischen Quellen (z. B. Gerinnungs-faktoren, Immunglobuline, Impf-stoffe, monoklonale Antikörper)

– virologische Prüfung von Zelllinienauf Viruskontaminationen (ZellbankCharakterisierung)

– Nachweis von replikationskompeten-ten Retroviren und Adenoviren beiGentherapieversuchen (RCR und RCA)

Validierung von Mikrobiziden:– gegen Viren (behüllt/unbehüllt)– gegen Bakterien (Staphylococcus

aureus, Pseudomonas aeruginosa, E. coli)

– gegen Pilze (Candida albicans, Aspergillus niger)

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

Molekulares Zell- & Tissue-Engineering



Ausgangssituation

Viren sind sehr klein, ihre Größe liegtzwischen 20 und 300 nm (1nm = 10-9

m). Sie bestehen aus der viralen DNAoder RNA und einer Schutzhülle ausProteinen und Lipiden. Vermehrenkönnen sie sich jedoch nur in Wirtszel-len, da sie keinen eigenen Stoffwech-sel besitzen und auf die Versorgungdurch die Wirtszelle angewiesen sind.Zum Nachweis krankheitserregenderViren reicht die Konzentration anViruspartikeln oftmals nicht aus, um siedirekt nachweisen zu können. Außer-dem machen die Methoden keine Aus-sage darüber, ob das Virus noch ver-mehrungsfähig ist. In vielen Fällen wer-den auch nur Virusbestandteile nach-

gewiesen. Hier hilft die Anzucht derViren weiter. Viren vermehren sich nurin lebenden Zellen. Als Vermehrungs-system für Viren ist vor allem die Zell-kultur gebräuchlich. Heute werdenViren vor allem in der Zellkultur ange-züchtet. Lebende Zellen lassen sich un-ter sterilen Bedingungen aus fast allenOrganen und Geweben von Säugern,Vögeln und auch Kaltblütern gewin-nen. Für den Virusnachweis werdendie an der Kulturgefäßwandung anhaf-tenden Zellen mit verschiedenstenUntersuchungsmaterialien (z. B. Blut,Speichel, Urin) beimpft. ZellzerstörendeEffekte, sogenannte cytopathischeEffekte (CPE), die ein Virus häufig imZuge seiner Vermehrung in Zellkultu-ren erzeugt, lassen sich im Lichtmikro-skop bereits bei schwacher Vergröße-rung verfolgen. Für den Nachweiseiner Virusart verwendet man mög-lichst eine Zellart, die durch die Virus-art sichtbar geschädigt wird. Kommt eszu einer virusbedingten Veränderungin der Zellkultur, so muss das ange-züchtete Virus durch zusätzlicheMethoden weiter typisiert werden. DerNachteil bei der Anzucht von Virenbesteht in der langwierigen Untersu-chungsdauer im Vergleich zum direk-ten Virusnachweis. Von Vorteil istjedoch, dass selbst kleinste Virusmen-gen nachgewiesen werden könnenund dass es sich bei den nachgewiese-nen Viren um vermehrungsfähige Erre-ger handelt. Denn nur vermehrungs-fähige Erreger können eine Gefahr beiihrer Übertragung darstellen und Zel-len schädigen.

Zell-basierte Sensorik & BiomonitoringMolekulares Zell- & Tissue-Engineering

Projektbeispiel: Zellchip-basierter Virusnachweis

Abbildung. 1: Chipbasierte Bestimmung des virusbedingen cytopathischen Effekts auf Zellen. a: Schematische Dar-stellung des Messprinzips. b: Multielektroden-Chipeinheit mit Kulturschale. c: Lichtmikroskopische Aufnahme von ver-schiedenen Elektrodenstrukturen für die Impedanzmessungen.



Aufgabenstellung

Viele Verfahren (z. B. PCR, ELISA) desVirusnachweises sind nicht in der Lagezwischen infektiösen und nichtinfek-tiösen Viruspartikeln zu unterscheiden.Für viele Fragestellungen ist jedoch derNachweis von infektiösen Virusparti-keln wichtig, die heute nur in klassi-schen Zellkulturassays durchgeführtwerden können, die äußerst zeit- undkostenintensiv sind. Es sollte ein neuesVerfahren des Nachweisens von infek-tiösen Viruspartikeln entwickelt undevaluiert werden, das auf Impedanz-spektroskopie beruht. Aufgabe war es,experimentell zu prüfen, ob sich eineVirusinfektion, die einen cytopathi-schen Effekt (CPE) auf die Zelle ausübt,mittels Impedanzspektroskopie nach-weisen lässt. In Vorarbeiten wurdegezeigt, dass Störungen der Zellmem-branintegrität mit Impedanzdaten kor-relieren, die mit Hilfe eines Mikrochipsan einzelnen Zellen aufgenommenwurden. Die Zugabe geringer MengenDMSO spiegelte sich in einem verän-derten Impedanzspektrum der Mikro-elektroden wider, die mit kultiviertenZellen bedeckt waren.

Zur Lösung der Aufgabe mussten– hochtitrige Virusstocks von huma-

nem Herpes-simplex-Virus (HSV)angezüchtet,

– Indikatorzellen (Green monkey kid-ney cells, GMK) auf Mikroelektrodenkultiviert und mit HSV infiziert,

– Impedanzspektren von Mikroelektro-den mit darauf kultivierten Zellen inAbhängigkeit der Virusdosis über dieZeit (quantitative Kinetiken) aufge-nommen und

– die Impedanzdaten mit den Ergebnis-sen von klassischen mikroskopischenMethoden korreliert werden.

Ergebnisse

Für die Versuche kam ein impedanz-basiertes Zellmonitoring-System zumEinsatz. Zentraler Bestandteil desMonitoring-Systems war eine amFraunhofer IBMT entwickelte undmikrotechnisch hergestellte Multielek-troden-Chipeinheit (Abbildung 1, S. 58).Die Indikatorzellen (Green monkey kid-ney cells, GMK) ließen sich auf denChipoberflächen mit integrierten pla-naren Mikroelektroden kultivieren undmit Viren infizieren. Sowohl der zeitab-hängige als auch der konzentrations-abhängige Effekt spiegelte sich in denImpedanzspektren wider (Abbildung 2).Die kreisförmige Chipoberfläche, diemit den Zellen in Kontakt kam, hatteeinen Durchmesser von 10 mm undenthielt verschiedene Kreis- und

Abbildung 2: Virusbedingter Effekt auf GMK-Zellen (Green monkey kidney cells). Links: Kontrolle 24 Stunden nach Zelleinsaat. Mitte: HSV-infizierte Zellen, 24 h nach Zelleinsaatund Virusinfektion. Rechts: HSV-infizierte Zellen, 48 h nach Zelleinsaat und Virusinfektion (Balken = 200 µm).



Mäanderelektrodenstrukturen. Mit derhöchsten Empfindlichkeit ließ sich derViruseffekt mit Hilfe von Kreiselektro-den eines Durchmessers von 500 µmim Frequenzbereich von 50 kOhm bis400 kOhm bestimmen. Ein Virus-bedingter Effekt zeigte sich 13 h nachInfektion der Zellkultur in einem Abfalldes Betrages der Impedanz im Ver-gleich zur Kontrollkultur. Die Impe-danzdaten korrelierten mit paralleldurchgeführten mikroskopischenUntersuchungen (Abbildung 3). DerVorteil des chipbasierten Virusnachwei-ses im Vergleich zu bisher eingesetztenMethoden ist, dass der virusbedingteEffekt auf Zellen, und damit der Virus-nachweis zeitkontinuierlich, -parallelund mit kleinen Probenvoluminadurchgeführt werden kann und damitdie aufwendige mikroskopisch-opti-sche Auswertung automatisiert wer-den kann.

Die Ergebnisse haben für die folgen-den Fragestellungen eine Relevanz undkönnten als neues Verfahren in folgen-den Bereichen der Virologie eingesetztwerden:

– diagnostisches Virusscreening ver-schiedener Körperflüssigkeiten,

– quantitative Virusbestimmungen(Virustitration),

– quantitative Bestimmung neutralisie-render Antikörper gegen Viren inPatientenseren im Rahmen von Vak-zine-Studien (Neutralisationsassays).

Projektdurchführung

Dipl.-Ing. Sungbo ChoSybille BeckerPriv.-Doz. Dr. Hagen von BriesenDr. Hagen Thielecke

AnsprechpartnerPriv.-Doz. Dr. Hagen von BriesenTelefon: +49 (0) 6894/980-286Fax: +49 (0) 6894/[email protected]

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

Abbildung 3: Effekt der Virusinfektion GMK-Zellen auf die elektrische Impedanz. Links: Betrag der Impedanz in Abhängigkeit von der Kultivierungszeit der Zellen für verschiedenenViruskonzentrationen. Rechts: Impedanzspektrum 20 h nach Virusinfektion im Vergleich zur Kontrolle.



Biohybride Systeme

– Zellkulturlaboratorien (Gentechnik-Sicherheitsklasse S1 und S2) mitSchleusenbereich und separiertenMedien-/Autoklavenräume fürjeweils 2 Laminar-Flow-Sterilarbeits-bänke der Klasse 2

– Genlaboratorien (Gentechnik-Sicher-heitsklasse S1 und S2) mit 3 Laminar-Flow-Sterilarbeitsbänken der Klasse 1und 2

– Durchlicht- und Auflichtmikroskopemit Phasen- und Differenzialinter-ferenzkontrast und Fluoreszenzein-richtung

– 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 zur

Bestimmung der Zellkonzentrationund Zelldurchmesser (Multisizer II)

– Gefriermikrotom– molekularbiologische Ausstattung

(PCR-, Elektrophorese-Equipmentetc.)

– Bioelektroniklabor (Gentechnik-Sicherheitsstufe S1)

– Impedanzmessplatz (elektrochemi-scher Messplatz) mit Solatron SI 1260, SI 1281, SI 1287, SI 1294

– elektrophysiologischer Messplatz mitDatenerfassungssystem

– Grass-Stimulator– BX 50 WI-Forschungsmikroskop mit

Mikromanipulations-Einheit undInkubationshaube

– Durchfluss-Zytometer (BD FACSCalibur System)

– Zellzählgerät (Typ CASY, Model TT)

Ausstattung



Kapselung komplizierter Struk-turen mit Parylen C am Beispieldes Utah-Arrays zur Ableitungintrakordikaler bioelektrischerPotenziale.

Medizintechnik & Neuroprothetik


– Neuroprothetik– Neuromonitoring

Projektbeispiel: Mikrofäden-Elektroden als bidirektionale Schnittstelle zum peripheren Nerven

Ausstattung



Der Forschungsgegenstand der Abtei-lung Medizintechnik & Neuroprothetikist die Entwicklung und Anwendungvon intelligenten invasiven und nicht-invasiven Schnittstellen zum biologi-schen System. Insbesondere stehen dieSchnittstellen zum Nervensystem undihre Nutzung für die Stimulation neu-ronaler Strukturen und die Erfassungbioelektrischer Potenziale im Fokus.Die dafür erforderlichen Hard- undSoftwarekomponenten werden amIBMT entwickelt und gefertigt. Dabeireicht das Spektrum von miniaturisier-ten, implantierbaren Elektroden überMonitoringsysteme und Signalverarbei-tung bis hin zur Applikation. Alle erfor-derlichen technologischen Vorausset-zungen wie zum Beispiel Reinraum,Plasmaanlage, Parylenbeschichtung,Elektrodencharakterisierung, Simulati-onsumgebung, Referenzsysteme usw.sind in der Abteilung vorhanden.

Neuroprothesen werden mit dem Zieleingesetzt, eine vorhandene neuronaleFunktionsstörung mit einem motori-schen oder sensorischen Hintergrundmöglichst zu kompensieren. Dabei sti-mulieren sie mit elektrischen Reizenmyogene und neuronale Strukturen imperipheren, spinalen, zentralen oderzunehmend im vegetativen Nerven-system. Herzschrittmacher, Cochlea-Implantate sowie Implantate zur Tie-fenhirnstimulation, beispielsweise beiQuerschnittgelähmten und Patientennach Schlaganfall sind ein weitereswichtiges Anwendungsfeld. Für dieTherapie von chronischen Schmerzenund Inkontinenz mittels Neuromodula-

tion werden immer häufiger implan-tierbare Elektrostimulatoren eingesetzt.Die Kernkompetenz auf dem Gebietder Neuroprothetik ist die Entwicklungund Fertigung implantierbarer Mikro-elektroden.

Das Neuromonitoring nutzt insbeson-dere elektrische Aktivitäten neuronalerund myogener Strukturen für diagnos-tische Aussagen und für die Kontrolleeingeleiteter therapeutischer Maßnah-men. Die Elektroenzephalographie(EEG), Elektromyographie (EMG) unddie evozierten Potenziale (EP) gehörenzu diesen Methoden. Der Fokus derArbeitsgruppe Neuromonitoring liegtin der erforderlichen Gerätetechnikund Methodik der messtechnischenErfassung von bioelektrischen Poten-zialen. Einbezogen werden auch Vital-parameter, die durch neuronale Struk-turen beeinflussbar sind (wie z. B. Tem-peratur, Blutdruck, Atmung, Augenbe-wegungen, Hautleitwert usw.). Damitergeben sich Fragestellungen imBereich der Sensorik, Signalverarbei-tung, Datenübertragung und Signal-analyse. Ein weiterer Ansatz liegt beiEinbeziehung geeigneter Stimulatorenim Aufbau von Closed-Loop-Systemen.Die Kernkompetenz liegt hier in derGerätetechnik und Methodik der mess-technischen Erfassung bioelektrischerPotenziale.

Die Abteilung Medizintechnik & Neu-roprothetik sieht in der verstärkten Ein-bindung von kognitiven Systemen indie Forschungsarbeiten einen weiterenSchritt zur Entwicklung intelligenterImplantate. Insbesondere für moderneMonitoringsysteme, z. B. beim intra-operativen Monitoring oder beimMonitoring älterer Bürger in ihrerhäuslichen Umgebung werden immerstärker kognitive Funktionen erwartetund vorausgesetzt.

Um diese Entwicklungen aktiv zuunterstützen und voranzubringen,wurde durch die Abteilung ein zweitä-giges Pre-Symposium »Cognitive Tech-

nical Systems in Health and Medicine«gemeinsam mit der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen und der InitiativeMicroMedizin im VDE organisiert unddurchgeführt. Ca. 50 Wissenschaftlertrugen den gegenwärtigen Stand inden drei Sessions

– Opportunities and Limitations of Self-Learning Systems

– Cognitive Systems in Daily Life– Cognitive Technical Systems for

Manifest Diseases and as Replacements of Body Functions

zusammen und diskutierten zukünftigeEntwicklungen.

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– Entwicklung und Charakterisierung

von Oberflächenelektroden– Untersuchungen der Materialeigen-

schaften von Oberflächenelektroden– Untersuchungen zu Langzeit-

verhalten von Obeflächenelektroden

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

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

Neuroprothetik & Neuromonitoring




Ausgangssituation

Die Funktionsweise des Nervensystemsstellt noch in vielen Punkten einenweißen Bereich für die Wissenschaftdar. Hochauflösende Ableitungen derNervensignale sind Voraussetzung zurgenaueren Modellbildung des Nerven-systems und seines plastischen Verhal-tens. Hierzu sind Schnittstellen erfor-derlich die minimalinvasiv Operations-techniken und selektive Signalübertra-gung kombinieren. Auch klinischeAnwendungen einer solchen Schnitt-stelle ergeben sich z. B. nach Amputa-tionsverletzungen der oberen Extre-mitäten. Zurzeit stehen neben denUntersuchungen mit funktionellerKernspintomographie Nadelelektrodenzur Verfügung, die in den Nerven ein-gestochen werden, um dort die Ner-venfasern elektrisch zu stimulierenoder bioelektrische Potenziale des Ner-ven abzuleiten. Nachteil dieser Technikist neben den starren Nadeln die Ein-schränkung in der Kanalzahl. Auch istdie Platzierung von Nadeln durch dieHaut als bidirektionale Schnittstelle zuProthesen nicht als dauerhafte Lösungakzeptabel.

Projektbeschreibung

Die Projektpartner im Konsortium desEU-Projektes NEUROBOTICS kombinie-ren Neurowissenschaften mit Metho-den der Roboterregelung und Roboter-entwicklung. Innovationen ergebensich aus dem bionischen Ansatz, prinzi-pielle Funktionsweisen der Natur fürtechnische Lösungen einzusetzen. Indiesem Fall werden die aus den Model-len abgeleiteten Algorithmen derGehirnforschung zur Regelung vonRoboterbewegungen eingesetzt. Aberauch die Anwendung von Beschrei-bungsformen aus der Robotik ist zurDatenanalyse und Modellbildung inden Neurowissenschaften von Nutzen.Ein weiterer wesentlicher Schritt ist dieKombination beider Wissenschaftenzur Fernbedienung von Robotern überMensch-Maschine-Schnittstellen. Auch

Schnittstellen zwischen Menschen unddie Körperfunktion unterstützendeOrthesen gehören zu den Forschungs-aufgaben des Projektes NEUROBOTICS.Als klinische Anwendung wurde diebidirektionale Schnittstelle zwischenMensch und Prothesen gewählt, beideren Untersuchung neben den klini-schen Erfolgen auch wichtige Grundla-gen für die Neurowissenschaften erar-beitet werden. Das Bindeglied zwi-schen beiden Wissenschaften stellenNeuro-Schnittstellen dar, die möglichstals direkte Schnittstelle zwischen tech-nischem und biologischem System die-nen sollen.

Aufgabe

Im Rahmen des EU-Projektes NEURO-BOTICS ist das Fraunhofer IBMT ver-antwortlich für den Entwurf und dieEntwicklung von Mikrosonden alstechnisches, bidirektionales Interfacezu peripheren Nerven, um im erstenAnwendungsszenario einer Neuropro-these nach Amputationsverletzungkünstliche Gliedmaßen steuern zu kön-nen. Nervenimpulse, die ihrenUrsprung im motorischen Kortexhaben, steuern die Greiffunktion einerkünstlichen Handprothese. TechnischeSensoren in dieser Prothese liefernInformationen, die in für das Gehirnverständliche Signale übersetzt unddann mittels einer minimalinvasivimplantierten Elektrode an den periphe-ren Nerven übertragen werden. Dieserleitet die Signale an das Gehirn weiter.Als Ergebnis sollen die Patienten mitihrer Prothese das Fühlen wieder erler-nen. Weiterhin erhofft man sich ausder Kombination der Nervensignale miteiner funktionellen Kernspintomogra-phie des Gehirns wichtige Grundlagenfür die Modellbildung plastischerÄnderung der Hirnfunktion nach

Amputationsverletzungen. DieseErgebnisse lassen sich jedoch nur imHumanversuch erzielen. Hierbei sindhohe ethische Normen anzulegen,deren wesentliche Beurteilungsgrund-lage das Risiko für den Patienten unddie zu erwartenden Nutzen sind. ZurReduzierung des Risikos sind Elektro-den erforderlich, die trotz direkterAnkopplung an den Nerven nur einegeringe Traumatisierung des Nervenge-webes verursachen.

Lösung

Dünnfilm-Elektroden, die longitudinaldurch die Faszikel des Nerven genähtwerden, erfüllen die Anforderungen andie direkte Ankopplung an den Nervensowie die geringe Invasivität derzeit amBesten. Die fadenförmigen Elektrodenwerden mit Hilfe einer 80 µm dickenWolfram-Nadel in den Nervenstrangeingenäht. Acht Elektroden stehen zurStimulation und Ableitung von Nerven-signalen zur Verfügung. Durch dengeringen Querschnitt der Elektrodevon 0,002 mm2 kann die Elektrodeohne wesentliche Verdrängung desNervengewebes in den Nerven einge-bracht werden. Nach der Nutzung istes problemlos möglich, die Elektrodezu explantieren.

Neuroprothetik

Projektbeispiel: Mikrofäden-Elektroden als bidirektionale Schnittstelle zum peripheren Nerven

Abbildung 1: Fadenförmige Elektroden (tf-LIFE: thin film longitudinal intrafascicular electrodes). Auf der Führungsstruktur (Polyimidschleife) sind aufjeder Elektrodenseite vier Elektroden platziert, die alsSchnittstelle zum Nerven dienen. Weiterhin sind Refe-renzelektroden zur Ableitung und Masseelektroden aufdem breiten außerhalb des Nerven liegenden Elektro-denteils untergebracht. Über eine Dickschichtkeramikwird die Elektrode an weiterführende Kabel ange-schlossen.


Zahlen/Technische Daten

Substrat- und Isolationsmaterial derSonde: PolyimidZuleitungen: GoldElektrodenmetallisierung: PlatinAnzahl der Elektroden: 8 Elektrodenauf einem Doppelfaden, zwei Referenzelektroden und zwei Gegen-elektroden Dicke der Sonde: 10 µmBreite der Sonde: 200 µm

Ansprechpartner

Prof.-Dr. Klaus-Peter HoffmannTelefon: +49 (0) 6894/980-401Fax: +49 (0) 6894/[email protected]

Dr.-Ing. Klaus Peter KochTelefon: +49 (0) 6894/980-404Fax: +49 (0) 6894/[email protected]

Projektkonsortium

NEUROBOTICS (The Fusion of Neuro-science and Robotics)

– Scuola Superiore Sant’Anna (Italien)– Collège de France (Frankreich)– Deutsches Zentrum für Luft- und

Raumfahrt (Deutschland) – Fraunhofer Institute for Biomedical

Engineering (Deutschland)– Karolinska Institutet (Schweden)– Katholieke Universiteit Leuven

(Belgien)– Kungliga Tekniska Högskolan

(Schweden)– National Technical University of

Athens (Griechenland)– Umeå University (Schweden)– Universitat Autònoma de Barcelona

(Spanien)– University of Genoa (Italien)– University of Parma (Italien)– Université P. et M. Curie (Frankreich)– Università Campus Biomedico

(Italien)– Università di Ferrara (Italien)– Brown University (USA)– Waseda University (Japan)– Pont-Tech (Italien)


Projektförderung

European Community, FP6-IST-001917(NEUROBOTICS)

Abbildung 2: Detailaufnahme der Elektrode.

Abbildung 3: Implantationsmethode zum Einnähen der fadenförmigen Elektrode in den Nerven. Zuerst wird eineNadel longitudinal durch den Nerven gestochen. Mit einem Hilfsfaden wird die eigentliche Elektrode in den Nerveneingezogen und verbleibt so im Nerven. Nadel und Hilfsfaden können anschließend entfernt werden.



Medizintechnik & Neuroprothetik

– Implantatfertigung – Elektrodencharakterisierung– messtechnisches Labor– Schlaflabor– Labormethoden der klinischen

Neurophysiologie– Softwarelabor– Simulation– Entwurfswerkzeuge zur Entwicklung

von flexiblen Substraten mit inte-grierten 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 (Lithographie, Metallabscheidung, reaktives Ionenätzen, Polyimidofen,Parylen 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 elektrische Impedanzspektroskopie(Solartron 1255B/1287)

– PC-gesteuerter Messplatz zur Vermessung von organischen Halbleitern

– PC-gesteuerter Messplatz zur Cha-rakterisierung von Isolationsschichtenüber die Aufnahme von Leckströmenbis in den Sub-Picoampere-Bereich inphysiologischen Medien unter Umge-bungstemperatur und beschleunigterAlterung (Keithley 617 E Elektro-meter)

– 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

Projektbeispiel: Peptidchip zum Epitopmapping

Ausstattung

Mitarbeiter Dirk Michel prüft ein Array mit Biochips in einem TopSpot-Gerät zur Herstellung von Mikroarrays. (Foto: © Jan Woitas dpa/lbn 27.07.2005).

Medizinische Biotechnologie (AMBT)Molekulare Bioanalytik & Bioelektronik



Die Molekulare Diagnostik als Basis fürdie individualisierte Medizin und alsBaustein einer modernen Gesundheits-versorgung rückt zunehmend in dasBewusstsein der Öffentlichkeit. Signifi-kante molekulare Merkmale von Geno-typ und Phänotyp sowohl des Patien-ten als auch beispielsweise einesKrankheitserregers können ermitteltwerden. Neben einer effektiveren undschonenderen Behandlung für denPatienten werden eine ganze Gruppemoderner Therapieansätze erst ermög-licht. Vorsorge, Früherkennung undTherapieoptimierung könnten kausaleAbläufe sein, die die Lebensqualitätdes Patienten erhöhen und gleichzeitigdazu beitragen das Gesundheitssystemzu entlasten.Bis es soweit ist, sind noch viele Hür-den zu nehmen, Zuverlässigkeit undAussagekraft sind in jedem Einzelfallzu prüfen. Die Technologie machtgroße Fortschritte und unsere Entwick-lungen zur Produktionstechnik, z. B. fürBiochips, tragen dazu bei, dass auchkleine und mittlere Unternehmen anden wachsenden Markt herangeführtwerden. In der Initiative »Partner fürInnovation« bemüht sich das Fraunho-fer IBMT um die Schaffung der Infra-struktur, denn neben der Messtechnikmüssen auch Probennahme, Bioban-ken, Logistik und Datenverwaltungstandardisiert werden.

Produktorientierung wird durch For-schung ergänzt: Das Vordringen inkleinere Dimensionen endet beim ein-zelnen Molekül. In der medizinischenAnalytik, z. B. bei der Bestimmung derBlutwerte, geht die Entwicklung hin zuimmer kleineren Probenmengen. Dieshat nicht nur – im wahrsten Sinne desWortes – spürbare Vorteile für denPatienten. In kleineren Volumina laufenchemische Reaktionen schneller ab, sieverbrauchen weniger kostbares Pro-

benmaterial und lassen sich leichterautomatisieren. Der Traum jeden Che-mikers ist es schließlich, die verwende-ten Mengen so weit zu verringern,dass sich Experimente mit wenigen, imIdealfall einzelnen Molekülen durch-führen lassen. Für viele solcher Unter-suchungen ist es notwendig, dasMolekül »festzuhalten«, nach der Ana-lyse dann aber zu entlassen, um Platzfür das nächste Molekül zu machen.Für Moleküle im Vakuum gibt es schonseit Längerem solche Fallen, nichtjedoch in wässrigen Lösungen, wie sieinsbesondere in der Medizin unver-zichtbar sind.In Kooperation mit der UniversitätGöteborg wurde eine Apparatur ent-wickelt, mit der in Wasser gelöste Pro-teinmoleküle »auf Knopfdruck« aneine feine Metallspitze gezogen wer-den. Dort lassen sie sich dann z. B. mitoptischen Methoden untersuchen.Anschließend werden sie, wiederumauf Knopfdruck, freigesetzt. Möglichwurde das Verfahren durch den Einsatzsehr kleiner und extrem spitzer »Nano-elektroden«. Mit diesen lassen sich beiAnlegen einer elektrischen Spannungin einem eng begrenzten Volumensehr starke elektrische Felder erzeugen,die auf Grund ihrer räumlichen Vertei-lung auch ungeladene Moleküle überPolarisationseffekte anziehen. Die For-scher verwenden Wechselspannungenim Radiowellenbereich um 1 MHz, sodass im Wasser gelöste geladene Teil-chen lediglich hin- und herschwingen,während die Proteinmoleküle zu denElektrodenspitzen wandern. Auf ähnli-chen Grundlagen basierende »Lab-On-Chip«-Systeme, die lebende Zellencharakterisieren und sortieren, sind seiteinigen Jahren am Markt eingeführt.Die Leistungsfähigkeit dieser Systemeließe sich durch die beschriebene Mög-lichkeit, einzelne Moleküle allein durchelektrische Signale zu manipulieren,

wesentlich steigern. Die automatisierteSynthese und Analyse einzelner Mole-küle auf solchen weiterentwickeltenChips rückt damit in greifbare Nähe.

"Trapping single molecules by dielec-trophoresis", R. Hölzel, N. Calander, Z. Chiragwandi, M. Willander und F. F. Bier, Phys. Rev. Lett. 95 (12),128102

Förderung erfolgt durch das BMBF imRahmen der InnoRegio-Initiative »Biohybride Technologien« (www.biohytec.de), sowie »Innovati-ons-/Gründerlabore« und durch dasLand Brandenburg sowie durch dieEuropäische Union im 6. Rahmenpro-gramm durch das Projekt NUCAN.

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



Angewandte Forschung & Entwicklung:– Entwicklung von integrierten Bio-

sensor- und Biochip-Analysatoren(Mikrofluidik, Detektion und Aus-wertesoftware)

– Entwicklung von Fluoreszenzdetek-toren

– CCD-Kamerabasierter Microarray-Reader

– Entwicklung elektrochemischer undfluorimetrischer Immunoassays und -sensoren (Hormone, Betäubungs-mittel)

– Oberflächenchemie und Immobilisie-rung von Biomolekülen

– nanopartikelbasierte Immunoassays

Service:– Protein interaction analysis mit label-

freiem Biosensor (Biacore T100)– Charakterisierung von Antikörpern

(Affinität, Kinetik, Thermodynamik)– fluoreszenzspektroskopische und

elektrochemische Charakterisierungvon Reagenzien und Biomolekülen

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

Biosensorik




Angewandte Forschung & Entwicklung:– chemische/biochemische Kopplung

von biologischen Funktionsmo-lekülen an diverse Oberflächen, z. B.Glas- und Polymerchips, Mikrotiter-platten, Membranen

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

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

für die Biochipherstellung– 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 Biochiptechnologie– Workshop Bioinformatik

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

Mikroarray- & Biochip-Technologie

Angewandte Forschung & Entwicklung:– hochaufgelöste, laterale Strukturie-

rung von Immobilisaten (»Nano-strukturen«)

– Etablierung der Nanotechnologie mitBiomolekülen, Einzelmolekülver-ankerung

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

analyse– DNA-Computing– Oberflächenanalytik (Rastersonden-

mikroskopie, AFM, SNOM, MFM)– On-Chip-Molekularbiologie– Peptid- und Nukleinsäurestrukturen

als Biochip-Werkzeuge

Technologie-Schulung:– Workshop für Rastersonden-

mikroskopie

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

Nanobiotechnologie



Ausgangssituation

Autoimmunerkrankungen zählen zuden in ihrer Entstehung und in ihremKrankheitsverlauf am wenigsten cha-rakterisierten Krankheiten. Die genau-en Ursachen und Mechanismen für dasAuftreten einer abnormen Immun-antwort gegen körpereigenes Gewebeund Organe sind weitestgehend unge-klärt. Besonders die für die Entstehungder Pathophysiologien verantwortli-chen autoreaktiven Antikörper sind nurwenig charakterisiert und können oftmals nicht spezifisch detektiert werden.

Der TSH-Rezeptor besitzt als Autoanti-gen eine zentrale Bedeutung für dieAusprägung verschiedener Auto-immunerkrankungen der Schilddrüse(Autoimmunthyreopathien). Die Unter-suchung des Antikörperspektrums vonPatienten mit Autoimmunthyreopathieerlaubt die Charakterisierung von Anti-körperspezifitäten, die symptomatischfür bestimmte Schilddrüsenerkrankun-gen oder deren zeitliche Ausprägungsind. Die parallele Detektion dieserAutoantikörper kann einen Fortschrittin der differenzierten Diagnostik undfür die individualisierte Therapie dieserErkrankung bedeuten.

Aufgabe

Autoimmunerkrankungen der Schild-drüse sind durch das Vorhandenseinheterogener Antikörperpopulationen(TRAk) gekennzeichnet. Das Krank-heitsbild von Autoimmunthyreopathienwird durch den Typ und die Konzentra-tionen der einzelnen TRAk bestimmt.Ziel dieser Arbeit ist daher die Entwick-lung eines miniaturisierten und hoch-parallelen Testsystems für die Sero-


Projektbeispiel: Peptidchip zum Epitopmapping

A

B

C

Abbildung 1: Technische Umsetzung des Konzepts zur Herstellung eines miniaturisierten Testsystems für die Charak-terisierung von Anti-TSH-Rezeptor-Antikörpern. A: Virtuelle Einteilung der Primärsequenz des humanen TSH-Rezep-tors (764 Aminosäuren) in 251 überlappende Peptide. B: Vollautomatische Synthese der Peptidsonden auf dem LIPS-Synthesizer der peptides & elephants GmbH. C: Herstellung der Peptid-Mikroarrays im kontaktfreien Druckverfahrendurch ortsaufgelöste Immobilisierung von Peptid-Trägerprotein-Komplexen auf chemisch aktivierten Glasoberflächen.



diagnostik und molekularimmunologi-sche Charakterisierung von Auto-immunthyreopathien. Auf der Basissynthetischer Peptide als variable undvielseitige Sonden wird ein Mikroarrayhergestellt, auf dem die Primärsequenzdes humanen TSH-Rezeptors durchkurze, überlappende Peptide repräsen-tiert wird. In einer ersten Studie wer-den die Mikroarrays zur Bestimmungder antikörperbindenden Regionenvon monoklonalen Antikörpern (Epito-pe) innerhalb des Antigens eingesetzt(Epitopmapping).

Realisierung

Die technische Umsetzung des Kon-zeptes ist im Flussdiagramm in Abbil-dung 1 dargestellt. Für die Herstellungder TSH-Rezeptor-Peptidchips wird dieAminosäuresequenz des humanenTSH-Rezeptors (86,8 kDa) unter derVorgabe einer Peptidlänge von 15Aminosäuren und einem Versatz vondrei Aminosäuren in silico in einzelne,sich überlappende Peptidsequenzenzerlegt. Die durch dieses Verfahrenerhaltenen 251 Peptide werden syn-thetisch hergestellt und für die gerich-tete Immobilisierung N-terminal miteinem Biotinlinker ausgestattet. DiePeptide werden in einer Flüssigphasen-reaktion an das Trägerprotein Strepta-vidin gekoppelt und als Peptid-Strepta-vidin-Komplexe ortsaufgelöst an che-misch aktivierte Glasoberflächengebunden. Die Peptidchips werden ineinem Immunfluoreszenz-Sandwich-Assay-Format für die Bestimmung derEpitopregionen verschiedener mono-klonaler TRAk eingesetzt.

Abbildung 2: Fluoreszenzbild der Peptidchipanalyse biklonaler Anti-TSH-Rezeptor-Antikörper in thermografischer Falschfarbendarstellung. Steigende Fluoreszenzintensitäten wer-den gemäß dem Translationsbalken am unteren Bildrand in der Farbfolge Schwarz (keine Fluoreszenz), Blau, Grün, Gelb, Rot und Weiß dargestellt. Der Antikörper SM5097 bindetein Epitop im äußeren aminoterminalen Bereich des Rezeptors, das sich über die Peptide Nr. 9-12 erstreckt. Die Bindungsregion des zweiten Antikörpers involviert die Peptide 95–97 und liegt ebenfalls in der extrazellulären Domäne des Rezeptors.


Ansprechpartner

Dipl.-Biotech. Heiko AndresenDr. Eva Ehrentreich-FörsterInstitutsteil Medizinische BiotechnologieAbteilung Molekulare Bioanalytik & BioelektronikArthur-Scheunert-Allee 114–11614558 NuthetalTelefon: +49 (0) 33200/88-405Fax: +49 (0) 33200/[email protected]: +49 (0) 33200/88-438Fax: +49 (0) 33200/[email protected]

Ergebnisse

Die Charakterisierung der Bindungsre-gionen von Antikörpern, die gegenproteinogene Antigene gerichtet sind,liefert Informationen für verschiedeneAnwendungen der Immunologie, Dia-gnostik und Therapie. Das im Rahmendieser Arbeit entwickelte miniaturisier-te Testsystem für den parallelen Nach-weis und die Charakterisierung vonAnti-TSH-Rezeptor-Antikörpern wurdezunächst in der Analyse von monoklo-nalen TRAk validiert. Mit Hilfe desPeptidchips konnten die Epitopregio-nen aller getesteten Antikörper zuver-lässig und reproduzierbar bestimmtwerden. Abbildung 2 zeigt exempla-risch die Ergebnisse der parallelen Cha-rakterisierung biklonaler TRAb. DerAntikörper SM5097 bindet ein Epitopin der aminoterminalen extrazellulärenDomäne des Rezeptors. Anhand derKonsensussequenz der bindungsrele-vanten Peptide kann das Epitop auf dieAminosäuren 32–39 eingegrenzt wer-den. Die Bindungsregion des zweiten,unbekannten Antikörpers liegt in derextrazellulären Domäne des Rezeptorszwischen des Aminosäuren 289–297.Die Spezifität der Antikörper-Peptid-Interaktionen wurde in allen Fällendurch Kompetitionsexperimente nach-gewiesen.

Die Arbeiten wurden im Rahmen desBioHyTec-Projekts 03I1313B durch dasBMBF unterstützt. Projektpartner sindpeptides & elephants (Nuthetal) undin.vent diagnostic (Henningsdorf).




Biosensorik

– Bioaffinitäts-Analyse mit labelfreienDetektionstechniken

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

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

(Impedanz-Spektroskopie, Ampero-metrie etc.)

– optische Messtechnik (u. a. Leis-tungsmessung, 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.)


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

– Biochip-Scanner: Applied Precision»Arrayworx«

– Eigenentwicklung »FLOW« zur simultanen kinetischen Messung imDurchfluss

– 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

Projektbeispiel: CCCryo – Culture Collection of Cryophilic Algae. Arktische Schnee- und Bodenalgen als einzigartige Bioressource

Ausstattung

L929 Maus-Fibroblasten-Zellen richten ihre Körperlängsachsen und Form an nanoskopischenGoldlinien aus (in Zusammenarbeit mit der Fa. NaWoTec GmbH).



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-mationen zwischen einer Zelle undihrer Umgebung kontrollieren kann.Dieser Austausch kann sowohl durchbiochemische wie auch mechanischeProzesse ausgelöst werden. UnsereLösungen beruhen auf zwei Ansätzen:Mit Hilfe hochfrequenter elektroma-gnetischer Felder können einzelne Zel-len mit hoher Präzision und Stabilität inLab-On-Chip-Systemen berührungslosgehandhabt werden. Durch einegeschickte Kombination von Mikro-elektroden und fluidischen Mikro-kanälen lassen sich in den Chips wich-tige Aufgaben erledigen: mikrometer-genaue Positionierung und Zusammen-

führung von Zellen und Zellclustern fürdie Mikroskopie, Sortieren verschiede-ner Zellpopulationen, Zellseparationund Zellaufbereitung bei kleinsten Pro-bemengen. Beim zweiten Ansatz wirdversucht, die Anheftung und Migrationvon adhärenten Zellen auf Oberflächengezielt zu steuern. Dazu werden ver-schiedene Signale eingesetzt: MitMikrofluidiken lassen sich Konzentra-tionsprofile von löslichen Signalmo-lekülen mit hoher lokaler Präzisionerzeugen und für die Analyse der chemotaktischen Aktivität von Zellenausnützen. Durch das Aufbringen vonschaltbaren Polymeren auf nano-skopisch strukturierten Oberflächenlassen sich die Adhäsionsbedingungenvon Zellen einfach steuerbar variieren.Derzeit wird durch Kombination derbeiden Ansätze eine Technologieplatt-form aufgebaut, mit der die Zellent-wicklung und Differenzierung insbe-sondere von Stammzellen über bioche-misch und topographisch definierteOberflächenarchitekturen präzise kontrolliert werden können.

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

AnsprechpartnerPriv.-Doz. Dr. Claus DuschlTelefon: +49 (0) 30/[email protected]



– Design und Entwicklung mikrofluidi-scher Systeme (Chips, Peripherie,Detektion) in der Biotechnologie undZellbiologie

– Entwurf und Aufbau chipbasierterMikrosysteme für die zellverträglicheInjektion physiologischer Suspensio-nen in Mikrofluidiken, berührungslo-ses Handhaben einzelner oder weni-ger biologischer Objekte (Zellen, Bakterien, Viren) und gezielte Ablagezuvor charakterisierter Teilchen zurweiteren Kultivierung

– Mikrosysteme für die kontrollierteTranslation und Rotation suspen-dierter Mikropartikel

– manuelles, halbautomatisches undautomatisches Sortieren von Mikro-objekten (z. B. lebender Zellen) inkontinuierlichen Durchflusssystemen

– zentrifugationsfreies Waschen undBeladen lebender Zellen mit z. B.pharmazeutischen Agenzien inmikrofluidischen Durchflusssystemen

– Akkumulation und Detektion vonMikro- und Nanopartikeln in biotech-nologisch relevanten Suspensionen

– dielektrische Charakterisierung kom-plexer Teilchen auf Einzelzellebene

– chipbasierte Elektromanipulation (z. B. Fusion) rarer Zellen (z. B.Stammzellen)

– Transport geringer Flüssigkeitsmen-gen durch chipintegrierte Mikro-pumpen

– Kombination dielektrischer Feldfallenund optischer Pinzetten zur simulta-nen Manipulation mehrerer Objekteund zur Charakterisierung vonWechselwirkungen (Bindungskräften)zwischen Teilchen

– optische Mikroskopie auf High-End-Niveau, z. B. hochlichtempfindlicheFluoreszenzmessungen

– numerische Kalkulation und Model-lierung elektrischer, optischer undhydrodynamischer Kräfte in Mikro-systemen

– Einfluss elektrischer Wechselfelder(10 kHz bis 250 MHz) auf biologischeObjekte

– zeitaufgelöste Untersuchung der Zelladhäsion auf funktionalisiertenOberflächen mittels Totalreflexions-mikroskopie (TIRFM)

– Charakterisierung der topographi-schen Struktur künstlicher und bio-gener Oberflächen mit Submikrome-terauflösung mittels Rasterkraftmik-roskopie (AFM) sowie Untersuchungmechanischer Eigenschaften auf dergleichen Längenskale mittels Mikro-indentation

– Mikroprozessierung mittels UV-Laserablation

– Mikromanipulation einzelner Objektemittels Kapillaraspiration

– Kultivierung von tierischen und Hefe-kulturen auf S1-Ebene vor und nachihrer Manipulation in mikrofluidi-schen Chips

AnsprechpartnerDipl.-Biophys. Magnus Sebastian Jäger Telefon: +49 (0) 30/[email protected]

Lab-On-Chip-Technologie




– Protein-Analyse mittels hochauf-lösender Immunfluoreszenz-Mikro-skopie

– Pulse-Chase-Technik zur Untersu-chung von Expressionskinetik

– zeitaufgelöste Charakterisierungmolekularer Verschiebungen in derZelle als Reaktion auf gegebeneManipulationen mittels Fluoreszenz-Time-Lapse- und TIRF-Time-Lapse-Mikroskopie

– Entwicklung von Mikrofluidik-trägern für die hochauflösendeMikroskopie

– Krebsdiagnose durch Galvano- undChemotaxis-Analyse

– beeinflussungsfreie Untersuchungvon Einzelzellen durch Analysezurückgelassener Zellspuren

– Entwurf und Aufbau von Ober-flächen

– Entwicklung von Methoden zur Differenzierung von Stammzellen

– beeinflussungsfreie Untersuchungdes Differenzierungszustandes

– Kontrolle der Ablage von Zellspurendurch Oberflächenmodifikation

– Entwicklung eines Schnelltests zurBestimmung des chemotaktischenPotenzials

– Korrelation von Stadien der Tumor-progression mit molekularen Vorgän-gen während der chemotaktischenZellbewegung

– schaltbare Oberflächen zur Kontrolleder Zelladhäsion

– Substrate für die Zellanalyse mit phy-siologisch aufgebauten Oberflächen

– Micro-Contact-Printing („µ-CP“) vonBiomolekülen zur Herstellung vonMikro- und Nanostrukturierungen fürdie Zellmanipulation

– Gestaltung von Oberflächentopogra-fien durch µ-CP von beschichtetenMikro- und Nanopartikeln auf Glas-und Goldflächen

– nanostrukturierte Goldoberflächenzur Kontrolle von Zellfunktionen

– Anbindung von Biomolekül-Thiolenauf Goldoberflächen

AnsprechpartnerDr. Andreas LankenauTelefon: +49 (0) 30/[email protected]

Extremophilenforschung

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

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

– Auftragsanzucht von Algenmaterialunter definierten und/oder differen-tiellen 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)

– Enzymassays– Grundlagenforschung zur Systematik

und 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



Ausgangssituation

Bei Schneealgen handelt es sich umeine Gruppe von Süßwassermikroal-gen, die sich an ein Leben im ewigenEis und Schnee der polaren und alpi-nen Gebiete unserer Erde angepassthaben. Als morphologische Adaptionbilden dabei einige Arten im Laufeihres jährlichen Lebenszyklusses dick-wandige Dauerstadien aus, die durchdas massenhaft eingelagerte Ketocaro-tinoid Astaxanthin und andere Caroti-noide orange bis rot gefärbt erschei-nen und dadurch auch makroskopischden Schnee rot färben – daher derAusdruck »Roter Schnee« oder inaltem Seemannsgarn auch »Blut-schnee« (siehe Abbildung 1). Die ver-stärkte Synthese von Astaxanthin unddie damit meist verbundene Bildungvon Dauerstadien ist eine Strategie vonSchneealgen, dem Licht- und Käl-testress in ihrem Habitat zu begegnen.

Dabei ist das Vermögen, Astaxanthinzu synthetisieren, auch nur eine spezi-elle Anpassung bestimmter Schneeal-genarten. Astaxanthin wirkt dabei alsäußerst potenter Radikalfänger undschützt dadurch die Zellen vor Zellschä-den, die durch hohe Licht- und UV-Strahlung verursacht worden sind.Doch Starklicht ist nur ein extremerUmweltfaktor, dem diese einfach orga-nisierten Pflanzen ausgesetzt sind.Während in den rotgefärbten Ruhesta-dien der Stoffwechsel der Zellen starkreduziert ist, stellen die durch Chloro-phylle grün gefärbten, vegetativen undgenerativen Zellstadien aus demLebenszyklus dieser Grünalgen die tro-phischen Stadien, also die photosyn-thetisch aktiven Formen dar, die sichim Labor endlos vermehren lassen. BeiMassenvermehrung in ihrem Habitat

führen sie zum makroskopischen Phä-nomen des »Grünen Schnees«.Erstaunlich ist, dass diese trophischenStadien von Schneealgen auf Schneeund Eis über andere, meist mesophile(= wärmeliebend) Algenarten, die dort,z. B. im Falle angrenzender Tundrave-getation, auch zu finden sind, domi-nieren. Als »echte« Schneealgen wer-den sie als psychrophil (= kälteliebend)bezeichnet. Diese Algenarten habensich in den vergangenen Jahrmillionender Evolution an ein Leben bei Tempe-raturen um 0 °C angepasst. Dabei istin erster Linie nicht die Temperatur dereigentlich das Leben begrenzende Fak-tor, sondern die dadurch hervorgerufe-nen Phänomene der Austrocknungund des osmotischen Stresses, sowienatürlich die intrazelluläre Eiskristall-bildung bei Temperaturen unterhalbdes Gefrierpunktes des Zytoplasmas.

Typisch für psychrophile Schneealgenist die Tatsache, dass sie obligat anniedrige Temperaturen angepasst sindund, je nach Stamm bzw. Art, bei Tem-peraturen über +5 bis +20 °C abster-ben. Optimale Wachstumsraten wer-den von ihnen bei Temperaturen deut-lich unter +15 °C, meist sogar unter+5 °C, erreicht. Die Umgebungstempe-ratur ist im Leben der Schneealgen alsosicherlich der wichtigste Schlüsselfak-tor. Die daraus resultierenden physiolo-gischen und biochemischen Anpas-sungsstrategien der Schneealgen ste-hen daher auch im Mittelpunkt derExtremophilenforschung am IBMT. ImBereich der sogenannten Extremozym-forschung suchen wir Enzyme undandere Proteine, die vom Organismustemperaturabhängig synthetisiert bzw.reguliert werden. Einen Überblick übermögliche industrielle Anwendungensolcher »coldzymes« und anderer vonpsychrophilen Organismen produzier-ter Substanzen zeigt Tabelle 1, S. 81.Des Weiteren wird in der Arbeitsgrup-pe untersucht, inwieweit sich Schnee-algen eignen, um die von ihnen syn-thetisierten Sekundärpigmente, in ers-ter Linie Carotinoide, im industriellen


Projektbeispiel: CCCryo – Culture Collection of Cryophilic Algae.Arktische Schnee- und Bodenalgen als einzigartige Bioressource

Abbildung 1: Fußabdrücke im »Roten Schnee« auf dem Doktorbreen im südöstlichen Spitzbergen. Die rote Färbungwird durch Milliarden von Schneealgen hervorgerufen.



Maßstab zu produzieren. Neben diesenBereichen der angewandten Forschungliegt ein weiterer Schwerpunkt in derGrundlagenforschung zur Phylogenie,Taxonomie und Verbreitung vonSchneealgen.Die Grundlage zum Studium derSchneealgen bildet die in den letztenJahren am IBMT installierte Lebendkul-tursammlung kryophiler Algen CCCryo(= Culture Collection of CryophilicAlgae) und die tiefgefrorenen Schnee-algensammlungen in Sulzbach (Saar).

Projektbeschreibungen und Aufgaben

CCCryo und Phylogenie – Die Grund-lage zur ExtremophilenforschungDie unterschiedlichen Anpassungender Schneealgen lassen sich im Laborin erster Linie an den trophischen, alsoden aktiv wachsenden Zellen studie-ren. Die Arbeitsgruppe Extremophilen-forschung hat dazu in den letzten Jah-ren die LebendkultursammlungCCCryo angelegt, die mittlerweile über200 Stämme beherbergt, von denenjeder einzelne ursprünglich aus einereinzigen Zelle hervorgegangen ist. Sol-che Klonkulturen sind unabdingbar fürdie phylogenetischen, physiologischenund molekularbiologischen Untersu-chungen, wie sie zzt. in der Arbeits-gruppe im Rahmen verschiedener Pro-jekte durchgeführt werden. Zur Siche-rung dieser einzigartigen Bioressourcewurde kürzlich begonnen, die Stämmein flüssigem Stickstoff zu kryokonser-vieren. Die Einlagerung erfolgt sowohlim Institutsteil AMBT in Berlin als auchin der mikrosystembasierten ZellbankeurocryoSaar in Sulzbach in der Nähedes Mutterinstituts im Saarland.

Sekundäre Pigmente – CarotinoideDie Synthese von Carotinoiden isttypisch für viele Bodenalgen wie auchfür einige Schneealgenarten (s. o.). DaCarotinoide neben den grünen Chloro-phyllen in Form proteingebundenerPigmente an der Lichtabsorption betei-ligt sind, sind sie für alle photosyntheti-sierenden Pflanzen essentiell. WährendPflanzen Carotinoide selbst synthetisie-ren, können Tiere dies nicht und sindgezwungen, diese Substanzen mitihrer Nahrung aufzunehmen. So resul-tieren zum Beispiel die Farben imGefieder vieler Vögel oder im Muskel-fleisch von Fischen und Krustentierenaus den Carotinoiden, die diese überdie Nahrungskette aufnehmen. Die Farbe des Gefieders der Flamingosoder die typische Rosafärbung desFleischs von Lachsen sind dazu nurzwei Beispiele.

Das industrielle Interesse an Carotinoi-den ist in den letzten Jahren enormgestiegen. Neben der Nutzung derAlgenrohmasse als Zusatz zu Futtermit-teln in der Fisch, Geflügel- und Garne-lenzucht, sind vor allem auch die Berei-che der Humanmedizin und der phar-mazeutischen Industrie weitere viel-versprechende Absatzmärkte fürCarotinoide. So wird beim Astaxanthinseine außerordentlich starke Radikal-fängeraktivität als Schutz vor Haut-schäden durch UV-Strahlung geschätzt.Zudem wirkt dieses Pigment positiv

auf das Immunsystem und lässt sichtherapeutisch bei Geschwülsten in derMagenschleimhaut einsetzen. In Tier-versuchen wurde seine antibiotischeWirksamkeit gegenüber Heliobacterpylori, dem Verursacher der chroni-schen Typ B Gastritis, nachgewiesen.Im Rahmen der bisherigen Arbeitenwurden verschiedene psychrophile undmesophile Boden- und Schneealgen-stämme aus unserer Sammlung hin-sichtlich ihres Pigmentspektrums undihrer Kulturansprüche untersucht. Zielwar es, mehrere Algenstämme zuidentifizieren, die sich im Rahmen ihrerKulturansprüche am Standort Mitteleu-ropa zu bestimmten Jahreszeiten undden damit verbundenen Temperatur-und Lichtverhältnissen großtechnischin Photobioreaktoren kultivieren lassen.Bisher werden in unseren Breiten imWesentlichen die Grünalge Chlorellasp. und das Cyanobakterium (Blaualge)Arthrospira sp. (Synonym: Spirulina sp.)kultiviert. Diese beiden Organismenlassen sich jedoch in Mitteleuropa inden Wintermonaten aufgrund zu nied-riger Umgebungstemperatur undschlechter Lichtverhältnisse nicht kulti-vieren, so dass die Photobioreaktoran-lagen für einige Monate still liegen.Unser Ansatz war es, diese unwirt-schaftliche Winterlücke durch die Kulti-vierung kälteangepasster Algenarten,

industrieller Prozess Biomolekül Vorteile Quellorganismus

Käsereifung, Neutrale Proteasen Stabil bei niedrigen psychrophileMilchprodukte Temperaturen

Reinigungsmittel: Proteasen, Amylasen, Verbesserte Leistung psychrophileAbbau von Polymeren Lipasen des Reinigungsmittels

Marine Fischzucht Mehrfach ungesättigte Produktion unter kalten psychrophileFettsäuren (PUFAs) Umgebungsbedingungen

Biologische Sanierung Abbau von Wirkungsvoll in kalten psychrophileÖlverschmutzungen Gewässern

Pharmazeutika Mehrfach ungesättigte psychrophileFettsäuren (PUFAs)

Biosensoren Dehydrogenasen psychrophile

Tabelle 1: Beispiele industrieller Prozesse, in denen kälteaktive Enzyme und andere Produkte psychrophiler Organis-men Anwendung finden (verändert, aus: Rothschild, L.J. & Mancinelli, R. L. (2001): Life in extreme environments. –Nature 409: 1092–1101).



im Sinne eines Wechsels in der»Fruchtfolge«, zu schließen, um damitdie Gesamtwirtschaftlichkeit einer sol-chen Anlage für den Standort Mittel-europa zu erhöhen (Abbildung 2).

ColdzymesCharakteristisch für psychrophileSchneealgen ist die Tatsache, dass opti-male Wachstumsraten häufig bei Tem-peraturen zwischen 0 und +5 °Cerreicht werden. Zwar sind die erreich-ten Werte niedriger als die Wachs-tumsraten mesophiler Stämme beiTemperaturen um +20 °C, jedoch zei-gen die letzteren z. B. bei +2 °C kaumoder gar kein Wachstum. Auf Schnee-feldern sind zwar auch immer meso-phile Arten zu finden, doch dominie-ren diese aufgrund der niedrigenUmgebungstemperatur nicht über diepsychrophilen Arten. Es erscheintaugenfällig, dass eine psychrophileSchneealge, deren Gesamtstoffwechselan niedrige Temperaturen angepasstist, auch Enzyme besitzen sollte, diebei niedrigen Temperaturen höhereSubstratumsatzraten zeigen als dieentsprechenden Enzyme bei mesophi-len Arten. Solche coldzymes (= käl-

teaktive Enzyme) stehen im Fokusunserer Extremozymforschung. Tabelle1 zeigt Anwendungsbeispiele für käl-teaktive Enzyme bzw. Sekundärmeta-bolite psychrophiler Organismen in ver-schiedenen industriellen Prozessen.

Ergebnisse

Sekundäre Pigmente – CarotinoideDie Ergebnisse der bisherigen Arbeitenzeigen, dass verschiedene psychrophi-le, aber auch einige mesophile Schnee-algen aufgrund ihres Pigmentspek-trums und ihrer Temperaturansprüchefür eine großtechnische Produktioninteressant sind. Zur Induktion der Syn-these von Sekundärpigmenten undanderer Metabolite wurden die Algen-kulturen nach Anzucht auf Biomasse(= grüne Phase) in ein spezielles nähr-stoffreduziertes Kulturmedium über-führt und Starklichtbedingungen aus-gesetzt (= rote Phase). Beispielhaft seihier zum einen die psychrophile ArtRaphidonema sempervirens (CCCryo011-99) aufgeführt, die auffälligeMengen an Lutein und Violaxanthin,aber auch a-Tocopherol (= Vitamin E)produziert (Abbildung 3A). Lutein wirdbeim Menschen vermehrt in der Retinaeingelagert und wirkt besonders imBereich des Gelben Flecks durch seineantioxidative Wirkung positiv auf denAugenstoffwechsel. In humanmedizini-schen Studien wurden für dieses Pig-ment schützende Wirkungen gegeneine altersbedingte Maculadegenera-tion beschrieben. Ein Mangel an Vita-min E ist beim Menschen zwar sehrselten, jedoch konnte gezeigt werden,dass eine erhöhte Aufnahme das Risikoeiner Magenkrebserkrankung verrin-gern kann. Der Gehalt an a-Tocopherolin Raphidonema sempervirens über-steigt mit 9 mg 100 g-1 Frischmasse (FM)sogar den Gehalt in Roggen (2 mg 100 g-1 FM). Als echte Schneealge

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Jan Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez

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Jan Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez

Tem

per

atu

r T

[°C

]

mittleres Tagesminimummittleres TagesmaximumMittelwertCCCryo 001a-99, 096-99,

101-99, 140-01

CCCryo 105-99, 138-01

CCCryo 011-99, 112-00

CCCryo 005-99

psychrophilic

psychrophilic

mesophilic

psychrophilic

psychrophilic

mesophilic

mesophilic

Abbildung 2: Prinzip einer »Fruchtfolge« im Zusammenhang mit der Massenkultur von Algen unter Berücksichtigungihrer notwendigen Kulturtemperatur in Mitteleuropa. Ein Wechsel von mesophilen und psychrophilen Algen im Jah-resverlauf ermöglicht es, auch bei niedrigen Temperaturen durch die Kultur psychrophiler Stämme diese ansonstenunwirtschaftliche Phase zu nutzen.



bevorzugt Raphidonema Kulturtempe-raturen unter +10 °C und zeigt höchs-te Wachstumsraten um +5 °C. Damiteignet sich dieser Stamm als Kultur-pflanze für die Wintermonate. Dermesophile Stamm CCCryo 101-99(Coenochloris sp.) synthetisiert unterLicht- und Nährstoffstress Carotinoide,darunter Canthaxanthin (7 µg 100 g-1

FM) sowie Echinenon und weitereechinenonähnliche Substanzen, diebisher noch nicht näher identifiziertwerden konnten (Abbildung 3B). Can-thaxanthin findet als Farbstoff Anwen-dung in der Lebens- und Futtermittel-industrie. Dieser Stamm produziertauch das auf dem Weltmarkt begehrteAstaxanthin, allerdings mit gut 3 mg100 g-1 FM nur etwa 1/20 dessen, wasdie Blutregenalge Haematococcus plu-vialis zu synthetisieren vermag. H. plu-vialis wird zurzeit wegen seiner wirt-schaftlich äußerst effektiven Ertrags-leistung weltweit vorrangig als natürli-cher Produzent von Astaxanthinkultiviert. Abbildung 2 zeigt schema-tisch das Grundprinzip einer »Frucht-folge«, bei der die optimale Kulturtem-peratur der einzelnen Algenstämmeder bestimmende Faktor ist. Mit psy-chrophilen Stämmen ließe sich dieansonsten unwirtschaftliche Periodezwischen November und März über-brücken. Zurzeit wird im Rahmen einer

Industriekooperation untersucht, inwie-weit sich einzelne Algenstämme unse-rer Sammlung für eine wirtschaftlicheGroßproduktion in Photobioreaktoreneignen. Als potenzielle Absatzmärktestehen dabei zunächst Fisch- undGeflügelzuchtbetriebe im Fokus.

Coldzymes (kälteaktive Enzyme)Zurzeit wird ein Algenstamm aus unserer Sammlung mit fokussiertemEinsatz auf kälteaktive Enzyme hinuntersucht. Dieser Stamm CCCryo020-99 (Chloromonas sp.) ist psychro-phil, erreicht bei +2 °C seine höchstenWachstumsraten und stirbt bei Tempe-raturen über +10 °C ab. Als Methodikeignet sich eine modifizierte Differen-tial Display Technique, bei der eineAlgenkultur unter optimalen Tempera-turbedingungen, d. h. in diesem Fallbei +2 °C, angezogen wurde. Von die-ser Kultur wurde eine Probe genom-men (WT), während der Rest einemTemperaturschock bei +8 °C ausge-setzt, ansonsten aber unter identischenBedingungen fortkultiviert wurde. Inzeitlichen Abständen wurden von die-ser Kultur ebenfalls Proben genom-

men. Einzig variierter Faktor war dabeialso die Temperatur. Um sich moleku-larbiologisch den aktuellen Stoffhaus-halt der Algenzellen anzuschauen, d. h.einmal den der Zellen bei +2 °C unddann über eine Zeitreihe die Verände-rungen in den Zellen, die nach demHitzeschock bei +8 °C auftraten, mussauf RNA-Ebene weitergearbeitet wer-den. Zur Detektion temperaturregulier-ter Enzyme wurde ein Primer ent-wickelt, der an so genannte CRT/DREcis-Elemente (= C-repeat/dehydration-responsive elements) bindet. Diese Ele-mente sind in der Promotorregion ver-schiedener Gene lokalisiert, die ihrer-seits durch Kälte und den daraus resul-tierenden Trockenstress induziertwerden. Eine Familie von Transskripti-onsfaktoren (CBFs oder auch DREB1s)binden an diese Elemente und aktivie-ren davon abhängige Gene. Die Geneder CBFs/DREB1s werden selbst durchtiefe Temperaturen induziert.

Erste Ergebnisse führten dann jedochnicht zu solchen temperaturreguliertenFaktoren, sondern zu einem tempera-turabhängigen ATP-bindenden Trans-porterprotein (ABC-Transporter). Abbil-dung 4 zeigt mehrere, nach Hitze-oder Kältestress ab- bzw. hochregulier-te Transkripte, von denen eines zu 36 % Homologien in den Aminosäure-

Abbildung 3: Pigmentproduktion zweier Schneealgenstämme unter normalen Wachstumsbedingungen (Grüne Phase) und unter Licht- und Nährstoffstress (Rote Phase). A - StammCCCryo 011-99 – Raphidonema sempervirens. Auffällig ist der hohe Gehalt an a-Tocopherol (Vitamin E). B – Stamm CCCryo 101-99 – Coenochloris sp. Auffällig sind die hohenGehalte an Canthaxanthin und verschiedener Echinenone und echinenonähnlicher Pigmente.



sequenzen zu einem in Reis (Oryzasativa) identifizierten ABC-Transporterzeigt (siehe Abbildung 4). Dieseäußerst große Proteinfamilie der ABC-Transporter ist für den Transmembran-transport in Zellen zuständig. Bei unse-ren einzelligen Algen ist die Zellmem-bran grundsätzlich, wie üblich, semi-permeabel, d. h. Wasser kannentsprechend den osmotischenDrücken aus der Zelle oder in die Zellediffundieren, andere Stoffe grundsätz-lich nicht. ABC-Transporter könnennun, auch entgegen dem osmotischenGefälle, verschiedene Substanzen(Zucker, Ionen, Peptide und selbstkomplexere organische Moleküle) überdie Membran transportieren, wasmöglicherweise für die Osmoregulati-on der Schneealgenzellen wichtig ist,da osmotischer Stress direkt mit Käl-testress korreliert.

Mit diesen ersten Ergebnissen konntenzwar noch keine industriell nutzbaren,kälteinduzierten Enzyme, wie in Tabelle1 aufgeführt, identifiziert werden,doch zeigen sie, dass bestimmte Pro-teine im Haushalt der Schneealgentatsächlich temperaturabhängig regu-liert werden. Andere aktuelle Untersu-chungen beschäftigen sich nun zusätz-lich mit verschiedenen Assays, um zuzeigen, ob und welche Enzyme derSchneealgen bei niedrigen Temperatu-ren tatsächlich höhere Substratumsatz-raten vorweisen als die entsprechen-den Enzyme bei mesophilen Verwand-ten dieser Algen.

Projektförderung

DFG-Schwerpunktprogramm »Antark-tisforschung mit vergleichenden Unter-suchungen in arktischen Eisgebieten«(SPP 1158)

2004-2005 FU 345/11-12005-2006 LE 1275/2-2

IndustriekooperationInstitut für Getreideverarbeitung(IGV), Nuthetal

Ansprechpartner

Dr. Thomas LeyaInstitutsteil Medizinische BiotechnologieAbteilung Zelluläre Biotechnologie & BiochipsArbeitsgruppe ExtremophilenforschungInvalidenstraße 4210115 BerlinTelefon: +49 (0)30 / 2093-8350Fax: +49 (0) 30 / [email protected]

Kooperationen

CarotinoideInstitut für Getreideverarbeitung (IGV),NuthetalArbeitsgruppe Prof. C. Lütz, Universität Innsbruck, Österreich»Coldzyme«Dr. Bettina Linke und Prof. T.J. Buckhout, Inst. für Biologie,Humboldt-Universität zu BerlinKryokonservierungDr. Maike Lorenz, Sammlung vonAlgenkulturen Göttingen (SAG), Universität GöttingenDr. John G. Day, Culture Collection of Algae and Protozoa (CCAP), Scotland, U.K.Taxonomie und PhylogenieDr. Thomas Pröschold, Culture Collec-tion of Algae and Protozoa (CCAP),Scotland, U.K.

Abbildung 4: Ergebnisse einer modifizierten Differential-Display-Technik eines psychrophilen Schneealgenstammes(CCCryo 020-99) auf einem Agarosegel. Für das im Text beschriebene Hitzeschockexperiment (HS – Snow 2) wurdendie Algen zunächst bei 0 °C kultiviert (WT) und dann für unterschiedlich lange Zeitperioden (0,5 bis 8 h) einem Tem-peraturschock bei +8 °C ausgesetzt. Im Vergleich zur WT-Probe ist deutlich eine Abregulierung des Transskripts durchden Wärmeeinfluss über die Zeitreihe erkennbar (siehe rechte Box).



Lab-On-Chip-Technologie

– Cytocon 400-Technologie (EvotecTechnologies GmbH) für die Einzel-zellmanipulation und Handhabunggeringer Partikelzahlen in mikro-fluidischen Chips

– digitale 3-D-Bildverarbeitung für diekonfokale Mikroskopie (Imaris)

– Mikrofluidik mit rechnergesteuertenPumpensystemen

– Fluoreszenzkorrelationsspektrometer(FCS) (in Zusammenarbeit mit EvotecTechnologies GmbH)

– Excimer-Laser-Ablationsanlage (Wel-lenlänge: 248 nm)

– Durchlicht- und Auflichtmikroskopiemit Hellfeld-, Phasenkontrast-, Fluo-reszenz-, Polarisations- und Totalre-flexionseinrichtung (TIRFM) sowierechnergesteuertem Objekttisch undZeitraffermöglichkeit

– Rasterkraftmikroskopie (AFM) mitsimultaner Durchlicht- und Auflicht-einrichtung für Hellfeld-, Totalreflexi-ons- (TIRFM), Interferenzreflexions-(IRM) und Fluoreszenzmikroskopie

– CAD-Entwurfseinrichtung (AutoCAD,Solid Works)

– konfokales Rasterlasermikroskop– numerische Kalkulationen mittels

Finite-Elemente-Methode (FlexPDE)

In Zusammenarbeit mit der Humboldt-Universität zu Berlin:– optische Pinzette (Laser Tweezers)

mit kombiniertem UV-Laser zumLaserschneiden

– Rasterelektronenmikroskop (REM)– Transmissionselektronenmikroskop

(TEM)– Genlabore der Sicherheitsklassen S1

und S2– PCR-Thermozykler– DNA-Sequenzierer– Ultrazentrifugation– Osmometrie mittels Gefrierpunkt

und Dampfdruck

Zell-Assay-Entwicklung

– rechnergestützter Arbeitsplatz für 3-D-Bildverarbeitung

– Kontaktwinkelmikroskop– Arbeitsplatz für biochemische Funk-

tionalisierung von Oberflächen undmicrocontact printing (µ-CP)

– konfokales Laser-Scanning-Mikro-skop (CLSM)

– Fluoreszenzmikroskop mit Klimakam-mer für zeitaufgelöste Langzeitmes-sungen lebender Zellen

– Mikroskop für multispektrale totaleReflexions-Fluoreszenz (TIRF)

– Durchlicht- und Auflichtmikroskopemit Differenzialinterferenzkontrast,Phasenkontrast, Reliefkontrast, Pola-risations- und Fluoreszenzeinrichtung

– Zellzuchtlabor zur Kultivierung euka-riotischer Zellen

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

Ausstattung


– aufrechte und inverse Lichtmikrosko-pe mit Differentialinterferenzkon-trast- (DIC), Hell-, Dunkelfeld- undFluoreszenzeinrichtung sowie digitaler Bildverarbeitung

– konfokales Laser-Scanning Mikroskop (CLSM)

– 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 Proteomanalyse– Kryomikroskop mit digitaler Bildver-

arbeitung– Einfriergerät zur kontrollierten Kryo-

konservierung

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



Kryobiophysik & KryotechnologieKryoforschungsbank


– Kryoequipment & Kryorobotik– Nachwuchsgruppe BMBF Kryonanobiotechnologie– Kryoforschungsbank

Projektbeispiel: Tieftemperaturdatenspeicher für die Kryobanken der Zukunft

Ausstattung

Kryoelektronik in flüssigem Stickstoff vor der Kryoforschungsbankin Sulzbach. (Foto: Bernd Müller)



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. Das em-pirische Auffinden geeigneter Einfrier-und Auftauraten und tolerierbarerKryoprotektiva ist berechtigt, wenneine ausreichende Menge der statisti-schen Gesamtheit eines Zellensembles»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, in denen dieeinzelne Zelle und ihr Zustand anBedeutung gewinnt, z. B. in der Stamm-zellforschung, der Therapie mit »pro-grammierten« Zellen und in der regene-rativen 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 Auftauprozesses, ist es not-wendig, dass entsprechende Werk-zeuge zur Verfügung stehen. DieserAufgabe stellt sich die Abteilung Kryo-

biophysik & 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 systema-tisierte Kryobiophysik dar.

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

Ansprechpartner Kryoforschungs-und -demonstrationsbankDr. 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 Tieftemperaturelek-tronik-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 Kryo-konservierung

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 Kryo-behälter

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

– Tooldesign im Bereich Kryo-Biotech-nologie

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

– Forschung und Entwicklung imBereich Kryorobotik

– Spezialentwicklung im Bereich Tem-peraturmessung (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-unterstützter 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 Mate-rial zu Forschungszwecken

– Erprobung von kundenspezifisch entwickeltem Kryoequipment (Sub-strate, Heiz-/Kühltische, Mikroskope,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

Kryoforschungs- und -demonstrationsbank



Ausgangssituation

Die Bedeutung der Kryokonservierunghat in den letzten Jahren stark zuge-nommen, da die biomedizinische For-schung, die industrielle Biotechnologieund die medizinische Anwendung vonZellbanken profitieren, in denen nebenpermanenten Zelllinien auch Stamm-zellen, Keimzellen und Primärzellentiefgefroren sind und in Zukunft auchGewebe und Organkomponenten, wiez. B. Langerhanssche Inseln, aufbe-wahrt werden können. Die benötigtenZellen oder Zellverbände stehen dannzum gewünschten Zeitpunkt in ausrei-chender Menge zur Verfügung (Sam-ple-On-Demand), was insbesondere inder regenerativen Medizin, z. B. beimTissue Engineering und vor allem beider Zelltransplantation, eine wichtigeRolle spielt. Die zukünftigen Zellthera-pieformen, die z. B. zur Behandlungvon Autoimmunerkrankungen unab-dingbar sind, werden exakt definierteund vor allem lückenlos dokumentiertePräparations-, Konservierungs- undLagerungsbedingungen bis hin zumeinzelnen Zelltransplantat erfordern.Vollkommen neue Maßstäbe werdenbezüglich der geforderten Qualität undVerfügbarkeit, aber auch der Identifi-kation der benötigten biologischenZellproben angelegt werden müssen.Für die Probenkennzeichnung ist esbisher üblich, eine einfache Beschrif-tung oder einen gedruckten Barcodeauf dem Probenbehältnis anzubringen.Diese Kennzeichnungsverfahren sindäußerst fehleranfällig und für den Ein-satz bei einer ständig steigenden Pro-benanzahl (z. B. in autologen Kryoban-ken wie Nabelschnurblutbanken) undimmer kleiner und bedeutungsvollerwerdenden Einzelproben wenig prakti-kabel.

Lösungsansatz

Der komplett neue Lösungsansatz desFraunhofer IBMT sieht eine mechani-sche Kopplung von biologischer Probeund der dazugehörigen vollständigenInformation in elektronischer Form vor.Damit werden herkömmliche Kenn-zeichnungsverfahren von einer elektro-nischen Probenidentifikation abgelöstbzw. komplettiert, die einen wesentli-chen Beitrag zur Erhöhung der Sicher-heit und Zuverlässigkeit für eine ein-deutige Probenzuordnung leistet. Dasunmittelbare Vorhandensein eineselektronischen Datenträgers am Pro-benträger (= intelligentes Kryosubstrat,siehe Abbildung 1) ermöglicht dielückenlose Dokumentation und Über-wachung jeglicher Art probenspezifi-scher Daten, wenn entsprechendeInfrastrukturen für Labor, Transportund Lagerung vorhanden sind. Nebender zu gewährleistenden Funktion undZuverlässigkeit des Datenträgers bis zurTemperatur des flüssigen Stickstoffs (–196 °C) müssen für die Integrationelektronischer Komponenten in kryo-genen Systemen effiziente Schnittstel-len zur Energie- und Datenübertra-gung zwischen den Systemkomponen-ten bei Raumtemperatur und der Tief-temperaturelektronik verwendetwerden, die bei optimaler Ausnutzungder Kanalbandbreite keine übermäßigeWärme übertragen. Allerdings sind aufdem freien Markt keine elektronischenKomponenten erhältlich, die für dengeforderten kryogenen Temperaturbe-reich spezifiziert sind.

Ergebnisse

Umfangreiche und testintensive Unter-suchungen werden benötigt, um Tem-peraturgrenzen für eine zuverlässigeFunktionsweise elektronischer Kompo-nenten bei tiefen Temperaturen zuermitteln und temperaturabhängigeÄnderungen charakteristischer Kenn-linien zu messen. Die Evaluierung aus-gewählter elektronischer Komponen-ten setzte die Entwicklung und den


Projektbeispiel: Tieftemperaturdatenspeicherfür die Kryobanken der Zukunft

Abbildung 1: Computergerenderte Grafik eines intelli-genten Kryosubstrates: (rechts) Flash-Datenträger mitkleinem Formfaktor (43 x 36 x 3,3 mm); (links) miniatu-risierte 30er Wellplatte mit Zellsuspension (max. 30 µlpro Well) zum Aufschieben und Stapeln auf dem ange-koppelten Datenträger. (Grafik: H. Görgen, IBMT)



Aufbau von geeigneten Messplätzenund Testmethoden voraus. Es stehtnun eine Vielzahl von Test- und Lager-systemen für Temperaturen bis –196 °Czur Verfügung, die modular und flexi-bel an unterschiedlichste Anforderun-gen adaptiert werden können. Die bis-herigen Resultate [Ihmig et al. 2005]geben Aufschluss über notwendigeModifikationen und erforderlicheRandbedingungen für den Aufbau vontieftemperaturtauglichen elektroni-schen Schaltungen. Für die Langzeitla-gerung von speziellen Flash-Speichernergaben sich über einen Zeitraum von2 Jahren unter realen Umgebungsbe-dingungen keine Bitfehler für dieDatenhaltung. Ein tieftemperaturtaug-liches Multiplexersystem konnte für dieAufnahme von Flash-Speichern reali-siert werden (siehe Abbildung 2). DieFunktionalität wurde sowohl für dasSchalten der einzelnen Kanäle, alsauch für die Kommunikation mit denSpeichermedien im flüssigen Stickstoffreproduzierbar nachgewiesen. Einanschaulicher Technologiedemonstra-tor steht für die Kühlung mehrererMultiplexersysteme mit flüssigem Stickstoff zur Verfügung (siehe Abbil-dung 3). Solche Multiplexer stellen dieGrundlage für eine effektive elektroni-sche Infrastruktur in zukünftigenLagertanks dar, da sie eine Datenüber-tragung in konzentrierter Form ermög-lichen. In einem weiteren Entwick-lungsschritt konnte das Multiplexersy-stem in kompakterer Bauform aneinem Lagertank der Forschungs- undTechnologiedemonstrationsbankeuroCryo Saar in Sulzbach integriertwerden. Es ist im Schleusensystem desEntnahmeturms integriert und dient andieser Stelle als Datensynchronisations-station beim Ein- und Auslagern vonProben (siehe Abbildung 4). Die ent-wickelten elektronischen Schubladen,die mit den intelligenten Kryosubstra-ten ausgestattet sind und in ein Stan-dardlagersystem eines Kryotanks pas-sen, können modular mit der Synchro-nisationsstation über Steckverbinderkontaktiert werden. Der Entnahme-

turm, eine Entwicklung der Arbeits-gruppe Kryoequipment & Kryorobotik,bietet den Vorteil, dass er mit Stick-stoffgas kontrolliert gekühlt werdenkann, und so im Innern eine Schutzat-mosphäre entsteht, die ein Auftauenoder Vereisen der Proben über Stun-den verhindert.

Potenzial

Am Fraunhofer IBMT stehen nunmehrumfangreiche Datenmengen undErfahrungen zum Verhalten von Mate-rialien sowie elektronischen Bauele-

menten und Baugruppen bei tiefenTemperaturen bis –196 °C zur Verfü-gung. Die bereits vorhandenen intelli-genten Kryosubstrate bilden gemein-sam mit den beschriebenen Multiple-xersystemen sowie den laufenden Ent-wicklungen im Bereich der Kryorobotikdie Grundlage für die Konzeption undEntwicklung des intelligenten Kryo-tanks der Zukunft. Dabei steht diegemeinsame Nutzung eines Kommuni-kationskanals durch eine Vielzahldezentral verteilter Speichermedieninnerhalb des Kryotanks mit dem Zielder Ressourcenoptimierung im Mittel-punkt. Die Integration von ergänzen-der Sensorik, Transpondertechnologien(RFID) und breitbandigen Übertra-

Abbildung 2: Betrieb des Multiplexersystems, bestückt mit 8 Speichermedien, im Technologiedemonstrator mit flüssi-gem Stickstoff (-196 °C). Die blaue LED zeigt den aktiven Kanal für die Datenübertragung an (Foto: Bernd Müller).



gungsmedien (LWL) wird dabei zusätz-liche Herausforderungen darstellen.Die in jeden Probenträger implemen-tierte elektronische Intelligenz bietetzudem viele weitere Nutzungsmöglich-keiten, die den therapeutischen Wertund den Austausch von Zelltransplan-taten optimieren können. Dazu zählendie kontinuierliche Akkumulation vonDaten äußerer Einflüsse (On-Chip-Monitoring) sowie die Implementie-rung von Steuerungsdaten definierterprobenspezifischer Präparationsabläufefür einen automatisierten Laborbetrieb,woran bereits gearbeitet wird (Chame-leonLab™). Mit der Entwicklung dieserund weiterer Technologien wird einzukunftsfähiges Kryobanking etabliertwerden können. Auch der Einsatz tief-temperaturtoleranter Elektronik inanderen Bereichen, wie z. B. derRaumfahrt, eröffnet weitere poten-zielle Anwendungsfelder.

Referenz

Ihmig, F. R., Shirley, S. G., Durst, C. H. P., Zimmermann, H.: CryogenicElectronic Memory Infrastructure forPhysically Related “Continuity of CareRecords” of Frozen Cells. Cryogenics2005, im Druck.

Ansprechpartner

Prof. Dr. Heiko ZimmermannTelefon: +49 (0) 6894/980-257Fax: +49 (0) 6894/[email protected]

Dipl.-Ing. Frank IhmigTelefon: +49 (0) 6894/980-258Fax: +49 (0) 6894/[email protected]

Abbildung 3: Foto eines tieftemperaturtauglichen Multiplexersystems, bestückt mit 8 Speichermedien. Die blaue LEDzeigt den selektierten Kanal für die Datenübertragung.

Abbildung 4: Multiplexersystem als Datensynchronisationsstation im Schleusensystem des Entnahmeturms auf einemKryotank. Die blaue LED zeigt den aktiven Kanal für die Kommunikation mit den Datenträgern in der elektronischenSchublade an.

Entnahmeturm

Schleuse

Tank




– Tieftemperatur-Lagersysteme (bis –196 °C) mit medizinischer Zulassung

– modifizierte, programmierbare Ein-frier-Automaten für biologische,materialwissenschaftliche und elek-tronische Applikationen

– zellbiologisches Labor– modifizierte Forschungsmikroskope– invertiertes Kryomikroskop (Eigenent-

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

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

– Testequipment (digital/analog) fürTieftemperaturelektronik

– Tieftemperaturmesskammer für Elektronik-/Materialtests

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

– Mikropipettiersystem/Automatisie-rungsplattform

– »ChameleonLab«-basiertes Labor-management

– Hochgeschwindigkeitskamerasystemfür mikrotropfenbasiertes Einfrieren

Kryoequipment

– computergesteuerte Einfrier-Auto-maten (Eigenentwicklungen)

– Kryotank-Entnahmesysteme– Probenhandling-Schleusensysteme– Kaltgasgeräte– Kryotransportbehälter (Eigenentwick-

lungen)– 20-Kanal Kryo-Temperaturmess-

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

systeme

Nachwuchsgruppe »Kryo-Nanobio-technologie« des BMBF

– Mikroverkapselungsanlage (Crystal-Gun-Prinzip)

– »Freezing-Spin-Coater« für das Frieren ultradünner Schichten (Eigen-entwicklung)

– 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

Projektbeispiel: Langzeitkulturen pankreatischer Stamm-/Progenitorzellen

Ausstattung

Auswachsende Nerven- (grün) und Muskelzellen (rot) aus einem in der Zellkultur entstandenem länglichen organoiden Körper. Die Zellkerne wurden mit DAPI (blau) gegengefärbt.



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 kranken

Organen 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 Nut-zung für therapeutische Zweckebetrifft, gehen die Meinungen ausein-ander und müssen komplexe ethisch-rechtliche Gesichtspunkte berücksich-tigt werden. Das Klonen menschlicherEmbryonalzellen ist nach dem Embryo-nenschutzgesetz verboten.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 des

Fraunhofer IBMT mit seiner externenArbeitsgruppe an der Universität zuLübeck.

AnsprechpartnerPriv.-Doz. Dr. Charli KruseFraunhofer IBMT-Arbeitsgruppe Zelldifferenzierung & Zelltechnologiean der Universität zu LübeckMFC / ICLMaria-Goeppert-Str. 123562 Lübeck Telefon: +49 (0) 451/2903-210Fax: +49 (0) 451/[email protected]



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

– Primärzellisolate aus verschiedenenSpezies und verschiedenen exokrinenGeweben

– Klonierung von Zellen, Anlage vonZelllinien

– Induktion von Gewebesystemen austierischen und humanen Zellisolaten

– Entwicklung von Stammzelldifferen-zierungsprozeduren

– immunologische Charakterisierungvon Zellen

– Mikromanipulation von Zellen– Kursangebote zur Zellmanipulation– Zellkultivierungsaufgaben im Auftrag

AnsprechpartnerPriv.-Doz. Dr. Charli KruseFraunhofer IBMT-Arbeitsgruppe Zelldifferenzierung & Zelltechnologiean der Universität zu Lübeck MFC / ICLMaria-Goeppert-Str. 123562 Lübeck Telefon: +49 (0) 451/[email protected]



Abbildung 1: Spontane Differenzierung von Stamm-/Progenitorzellen des exokrinen Pankreas in Zelltypen aller drei Keimblätter.



Stand der Forschung

Die Anzahl der Gewebe, in denenStamm- bzw. Progenitorzellen gefun-den wurden, hat im vergangenen Jahrdeutlich zugenommen, ebenso wie dieFähigkeiten, die diesen adultenStammzellen zugesprochen werden.Nachdem die IBMT-Arbeitsgruppe»Zelldifferenzierung & Zelltechnologie«an der Universität zu Lübeck die bisdahin zweite Untersuchung veröffentli-chen konnte, die die Differenzierungadulter Stammzellen in Zelltypen allerdrei Keimblätter belegte, erschienen indem darauf folgendem Jahr mehrereArbeiten, die adulte Stammzellen mitkeimbahnübergreifender Differenzie-rung zeigten. Besonders auch Stamm-zellen aus dem Pankreas scheinen hier-bei an Bedeutung zu gewinnen, wasunter anderem zwei Publikationen in»Nature Biotechnology« belegen (1.Seaberg RM, Smukler SR, Kieffer TJ,Enikolopov G, Asghar Z, Wheeler MB,Korbutt G, van der Kooy D.: »Clonalidentification of multipotent precursorsfrom adult mouse pancreas that gene-rate neural and pancreatic lineages.«Nat Biotechnol. 2004; 22:1115-1124,2. Bonner-Weir S, Weir GC.: »Newsources of pancreatic beta-cells.« NatBiotechnol. 2005; 23:857-861).

Neben der Differenzierung von bisdahin »ruhenden« Stammzellen schei-nen aber auch Prozesse der Dedifferen-zierung und Redifferenzierung für diehohe Plastizität adulter Zellen mitver-antwortlich zu sein. Aus den bisheri-gen Ergebnissen wird deutlich, dassauch bei den Stammzellisolaten ausdem exokrinen Pankreas beide Prozes-se auftreten und von Bedeutung sind.

Stamm-/Progenitorzellen aus exokrinen Drüsen

Die aus Ratten-, Mäusen-, menschli-chen, aber auch anderen Vertebraten-Geweben isolierten Zellen werden seitmehr als 2 1/2 Jahren im Labor gezüch-tet und bilden unter besonderen

Bedingungen spontan gewebeähnlicheZellansammlungen aus, die als »orga-noide Gewebekörper« zu bezeichnensind. Fluoreszenzanalysen mittels mar-kierter, hochspezifischer Moleküle,hochauflösende elektronenmikroskopi-sche Schnitte sowie PCR-Analysen wie-sen darauf hin, dass sich Gewebetypen,wie man sie in Nerven, Muskeln, Knor-peln und der Haut findet, herausbil-den. Das Besondere an diesen Zellengegenüber anderen adulten Stamm-zellkulturen ist ihre gute und stabileKultivierbarkeit (eine Kultur befandsich zu Redaktionsschluss bereits in der150. Passage), ihre hervorragendeKryokonservierbarkeit ohne Einbußeder Differenzierungspotenz sowie ihrespontane Differenzierung im hängen-den Tropfen bis hin zu »organoiden«Gewebeformationen von mehrerenMillimetern Größe, in denen sich Zell-typen aller drei Keimblätter und struk-turierte Gewebebereiche finden, wasals Pluripotenz zu bezeichnen ist (sieheAbbildung 1).

Langzeitkulturen und klonale Analysen

Zwei der entscheidenden Kriterien fürStammzellen sind neben der Differen-zierungsfähigkeit ihre lange Kultivier-barkeit und die Fähigkeit der Differen-zierung aus einem Zellklon heraus. Dasbedeutet, dass aus einer Einzelzelle die

nativ isoliert wird und weiter prolife-riert (was für viele somatische Zellennicht möglich ist) unterschiedliche Zell-typen generiert werden. In der Arbeits-gruppe Zelldifferenzierung & Zelltech-nologie wird seit mehr als zwei Jahren(150 Passagen) kontinuierlich eine Zell-linie in vitro gezüchtet, deren Vitalitätund Proliferationsfähigkeit sich nichtverringert. Von dieser Zelllinie wurdenzu verschiedenen Zeiten (Passage 8und Passage 78) Zellklone etabliert, dieeine ähnlich hohe Proliferationsakti-vität aufweisen. Klone aus beiden Pas-sagen zeigten gleiche Charakteristikawie die Mutterzellen. Sie differenzierenspontan in verschiedene Zelltypen. Siebilden organoide Gewebekörper, diedie Differenzierungsfähigkeit verstär-ken und mehrere Millimeter groß wer-den können. Einige dieser Gewebekör-per sind seit mehreren Monaten in Kultur und generieren ununterbrochenEinzelzellen, die z. T. wieder neueGewebekörper bilden (siehe Abbil-dung 2).

Es wird aber auch deutlich, dass dieKlone späterer Passagen deutlichgeringer spontan in verschiedene Zell-typen differenzieren. Sie scheinen nachden bisherigen Untersuchungen ineinem frühen Differenzierungsstadiumarretiert zu sein und sich ohne Stimula-tion von außen nur noch zu einemgeringen Prozentsatz von selbst zu dif-ferenzieren.Von besonderem Interesse ist, dass dieZellkulturen »dreidimensionale Gewe-bekörper« ausbilden, was eigentlichtypisch für embryonale Stammzellkul-


Projektbeispiel: Langzeitkulturen pankreatischer Stamm-/Progenitorzellen

Abbildung 2: (a) Gewebekörper, entstanden aus einem Einzelzellklon, der übermehrere Monate kultiviert wurde und kontinuierlich Zellen abgab, die wiederumorganoide Körper bildeten (b).


turen ist. Diese Gewebekörper ihrer-seits konnten wieder in stabile, sichselbst vermehrende Differenzierungs-kulturen überführt werden (sieheAbbildung 3).

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

Bewertung der Ergebnisse

Die Erkenntnis, dass Stamm-/Progeni-torzellen aus exokrinen Drüsen überderartige Eigenschaften verfügen, istfür die Stammzellenforschung vonenormer Bedeutung, da offensichtlichauch im adulten Stammzellbereich sehrdifferenzierungsfreudige und pluripo-tente Zelltypen gewonnen und kulti-viert werden können. Für eine spätereNutzung spielt es eine untergeordneteRolle, ob es sich dabei um einenStammzelltyp oder ein Gemisch ver-schiedener Precursor-Zellen handelt,oder ob sie aus ruhenden Stammzellenbzw. durch Dedifferenzierung aussomatischen Zellen hervorgehen, wasbeides gerade geprüft wird. Entschei-dend ist, dass man in viele Zelltypenaller drei Keimblätter differenzierenkann. Man ist der Vision, von vielenTieren, aber auch dem Menschen einexpandierbares Stammzelldepot ausrei-chender Größe für eine spätere land-wirtschaftliche, biotechnologische bzw.individuell-medizinische Nutzung anle-gen zu können, einen großen Schrittnäher gekommen. Auch für das TissueEngineering stehen damit neue, adulteStammzellkulturen und -linien ver-schiedenster Herkunft zur Verfügung.Wie in Abbildung 4 veranschaulicht,kann man gerade hierfür die verschie-denen Kultivierungsmöglichkeiten die-ser Zellen nutzen.


Abbildung 4: Gewinnung und Kultivierung der exokrinen Stamm-/Progenitorzellen und sichdaraus ergebende neue Möglichkeiten für das Tissue Enginieering (hellblaue Pfeile).

Abbildung 3: Aus Mauszellen über spontane Differenzierung sich entwickelnder hautartiger Gewebekörper in einerKulturschale (a) mit auswachsenden Zellen (b) und im gefärbten Gewebeschnitt (c).



Potenzial

Auf Grund der hohen Brisanz derErgebnisse sind nach deren Bekannt-werden viele Kooperationen mit Part-nern aus Deutschland und demeuropäischen Ausland geknüpft wor-den. Dabei geht es darum, die Mög-lichkeiten, die diese neue Stammzell-quelle bietet, konkreter auszuloten undihre Nutzung in Medizin, Biotechnolo-gie und Landwirtschaft zu überprüfen.Zu den Partnern gehören Arbeitsgrup-pen aus der Grundlagenforschung, derklinischen Forschung und verschiedeneIndustriepartner. Die IBMT-Arbeitsgrup-pe ist in Anbetracht des hohen bio-technologisch-medizinischen Potenzialsder Ergebnisse in das Integrierte Pro-jekt der Europäischen Union »Cell-PROM« einbezogen worden, dessenZiel die definierte oberflächenbasierteInduktion der Differenzierung von Zel-len ist, wofür bereits verschiedeneUntersuchungen durchgeführt underste positive Ergebnisse im Jahr 2005generiert werden konnten.Die Bundesrepublik Deutschlandbesitzt nach wie vor das Potenzial eineSchlüsselposition in der Stammzellen-forschung und der Ablage von Stamm-zellen einzunehmen. Es gilt diesen Vor-sprung zu nutzen und durch gleichzei-tige Verstärkung der Grundlagen- undAnwendungsforschung auszubauen.

Ansprechpartner

Priv.-Doz. Dr. Charli KruseFraunhofer IBMT-Arbeitsgruppe Zelldifferenzierung & Zelltechnologiean der Universität zu Lübeck MFC / ICLMaria-Goeppert-Str. 123562 Lübeck Telefon: +49 (0) 451/2903-210Fax: +49 (0) 451/[email protected]


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

– Differenzierung und Analyse adulterStammzellen

– Mikroinjektionstechnik– Mikrodissektionstechnik– Geräte zur Einzelzellcharakterisierung

und Isolation

Ausstattung



Ultraschall


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

Projektbeispiel: SonoPilot®-thermo – Ein integriertes System zur Navigation und Kontrolle thermischer Therapien mittels Ultraschall

Ausstattung

Erfassung der Zellteilung von HELA-Zellen mittels zeitgeraffter akustischer Mikroskopie. Studie über einen Zeitraum von 2 Stunden. Es handelt sich um die ersten Zeitraffer-aufnahmen mittels Ultraschallmikroskopie. Das Ultraschallmikroskop schließt damit in Ergänzung zur Licht- und AFM-Mikroskopie auf. Abgebildet werden hell und dunkeldie mechanischen Eigenschaften (Plastizität/Elastizität) und nicht die optischen Unterschiede.



Der Nutzen und Wert einer Technolo-gie wird durch die Bandbreite undAnzahl der möglichen Anwendungenbestimmt. Dabei gilt: Je einfacher dasGrundprinzip, desto erfolgreicher dieTechnologie. Der Einsatz mechanischerWellen im nichthörbaren Bereich –Ultraschall – ist dafür ein überzeugen-des Beispiel.

Im ausgehenden 19. Jahrhundert ent-deckt, dauerte es, bedingt durch diebenötigte, aber erst später entwickelteechtzeitfähige elektronische Signalver-arbeitung eine Weile, bis die Technolo-gie zur heutigen Bedeutung reifte.Nach ersten, heutzutage gut etablier-ten Anwendungen als Sonar zurOrtung von Schiffen und Minen undzur Charakterisierung von Werkstoffenund Bauteilen im industriellen Bereich,dient Ultraschall seit über 50 Jahrenzur mittlerweile am häufigsten verwen-deten Bildgebungsmodalität für diemedizinische Diagnostik. Routineunter-suchungen in verschiedensten medizi-nischen Gebieten, insbesondere derpränatalen Diagnostik, werden erstdurch die Nichtinvasivität und diegeringen Kosten dieser Technologieermöglicht. Neben diesen Eigenschaf-ten sorgt die Robustheit und Skalier-barkeit dieser Technologie für ein bisheute ständig steigendes Spektrum an

Anwendungen. So können durch eineSkalierung der Frequenz kleinste Struk-turen wie einzelne biologische Zellenim Submikrometerbereich abgebildetund charakterisiert werden, geringsteProbenmengen analysiert sowie Pro-ben und Partikel bis in den Nanometer-bereich schonend manipuliert werden.Durch eine Skalierung der Leistungkönnen in der chemischen und bio-technologischen Prozesstechnik durchEinbringen von Ultraschall Prozessebeeinflusst und beschleunigt werdenund in der Medizin Krankheiten thera-peutisch behandelt werden. Ein Trendfür alle Anwendungen ist dabei derEinsatz immer höher integrierter, feinerauflösenderer Systeme und die Kombi-nation unterschiedlicher sich ergänzen-der Technologien. So kann beispiels-weise zum schonenden Handling ein-zelner Zellen in Lab-On-Chip-Systemeneine Kombination aus dielektrophore-tischer und Ultraschall-Krafterzeugungverwendet werden. Im Bereich mole-kulare Bildgebung werden Kombina-tionssysteme aus optischer Anregung,akustischer Detektion und molekular-biologisch aktivierter mikro- und nano-skaliger Kontrastmittel untersucht.

Die Abteilung Ultraschall bietet alsgrößte Abteilung des Fraunhofer IBMTmit über 35 Mitarbeitern und 18-jähri-ger Erfahrung in vier Arbeitsgruppendie gesamte Kompetenz zur Lösungvon medizinischen, biotechnologischenund technischen Aufgabenstellungenim Bereich Ultraschalltechnologie. DasEntwicklungsangebot reicht von Bera-tung und Machbarkeitsstudien überLabormuster und Prototypentwicklung

bis hin zur zertifizierten Produktent-wicklung und Evaluierung. Die Kompe-tenzen der Arbeitsgruppen erlaubeneine In-House-Entwicklung aller einzel-nen Systemkomponenten vom Trans-ducer über elektronische Systemkom-ponenten und Verfahren bis hin zurSensorfertigung.

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

-



– Entwicklung von Hardware und Soft-warekomponenten für die Kommuni-kationselektronik und Ultraschall-technik

– Hardwareentwicklung von bild-gebenden Ultraschallsystemen fürmedizinische und technische Anwen-dungen, Digital Phased Array-Technologie

– Entwicklung von Systemen zurDurchflussmessung von Flüssigkei-ten, Gasen und Mehrphasenmedien(Speckle-Tracker, Laufzeitdifferenz,Doppler)

– Systeme zur Charakterisierung vonStrömungsprofilen

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

– Ultraschall-Sensorsysteme für dieProzessüberwachung und -steuerung(Wasser-, Abwasser-, Wärmezähler,Partikeldetektion und -analyse imµm-Bereich, Ultraschall-Resonanz-Spektrometer zur Größenbestim-mung von Mikroblasen)

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

– Durchführung von applikations-spezifischer Ultraschallforschung undEntwicklung

– Materialcharakterisierung, Signalver-arbeitung und Parameterextraktion

– akustische Mikroskopie, hochfre-quenter Ultraschall 50 MHz – 2 GHz,Einzelzell- und Gewebecharakteri-sierung

– Rekonstruktion, Bildverarbeitung undVisualisierung, Computertomogra-phie (2-D, 3-D)

– akustische Bildsysteme, Software-entwicklung von bildgebenden Ultra-schallsystemen für medizinischeAnwendungen

– Entwicklung von Systemen zur Navigation und Therapiekontrolle,minimalinvasive Medizin

– Doppler-Monitore (Blutströmungs-überwachungssysteme, Fluss- undVolumenflussmessung)

– Manipulationssysteme, Zellhandling-systeme

– molekulare Bildgebung, Kontrast-mittel, photoakustische Bildgebung

– Ultraschall-Therapiesysteme (energiereicher Ultraschall)

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

Ultraschall-Systementwicklung

Biomedizinische Ultraschall-forschung




– Durchführung von Machbarkeits-und Konzeptionsstudien für Ultra-schallsensoren und -systeme

– Spezifizierung, Entwicklung und Prototypenherstellung von Low-Cost-bis High-End-Sensoren (hohe Band-breite, hohe Mittenfrequenz, Minia-turisierung)

– Entwicklung von benetzenden undtrocken angekoppelten Ultraschall-wandlern für den Low-Cost- und denHigh-End-Bereich

– Entwicklung von Ultraschallwandlernfür die Durchflussmessung undClamp-On-Ultraschallwandlern

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

– 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 -systemen– aktive und passive Schwingungs-

dämpfung mit piezoelektrischenKomponenten

– Entwicklung von Leistungsschall-systemen

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

– Entwicklung von Fertigungstechnikfür Ultraschallsensoren

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

– Entwicklung von Fertigungstechnolo-gien für Ultraschallsensoren für denHochtemperaturbereich

– 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 vonUltraschallsensoren, insbesondere fürden industriellen Anwendungs-bereich (Prozesssensorik)

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

Piezosysteme & Entwicklung

Sensorfertigung


Lösung

Nach der Bestimmung relevanter akus-tischer Parameter (Schallgeschwindig-keit, akustische Impedanz, frequenzab-hängige Dämpfung), wurden amFraunhofer IBMT Verfahren zur Visuali-sierung und Kontrolle der thermischenAblationszone mittels Ultraschall-Bild-gebung entwickelt und evaluiert. Auf-bauend auf den Ergebnissen derLabormessungen und Tierstudienwurde ein ultraschallbasiertes Gesamt-system spezifiziert, mit dem eineUnterstützung des Arztes bei derDurchführung der Therapie gewähr-leistet wird.

Das SonoPilot®-thermo System bestehtaus speziell für diese Anwendung ent-wickelten Ultraschall-Beamformer(DiPHAS, Fraunhofer IBMT) und einemoptischen Positionssensor, die durchein Computersystem zu einem Frei-hand-3-D-Ultraschallsystem verbundenwerden. Das System erlaubt frei pro-grammierbare Sendepulsformen undFokussierungseigenschaften für jedeUltraschalllinie und die Aufnahme derunverarbeiteten Ultraschall-Rohsignalezur weiteren Signalverarbeitung. Einspeziell für die Anwendung entwickel-tes Softwarekonzept stellt Module füralle Therapiestufen zur Verfügung undführt den Anwender in einzelnenSchritten durch die gesamte Therapie.


Ausgangssituation

Bei der Behandlung von Tumoren undMetastasen werden neben der mode-raten Hyperthermie auch minimalinva-sive, thermotherapeutische Verfahrenals Alternativen zur chirurgischenResektion und/oder zur Unterstützungder Radio- und Chemotherapie ange-wandt, bei denen das Gewebe lokalbegrenzt zur gezielten Zerstörungdurch Koagulation auf Temperaturenbis zu 100 °C erhitzt wird. Dabei zei-gen besonders die interstitiellen Tech-niken bei der Behandlung von Leber-metastasen und Prostataerkrankungenvielversprechende Ergebnisse, jedochsteht derzeit neben der Magnetreso-nanztomographie kein kostengünsti-ges, routinemäßig einsetzbares Verfah-ren zur nichtinvasiven On-Line-Thera-piekontrolle zur Verfügung, so dassdiese Eingriffe meist »blind«, auf ana-tomische Normwerte und praktischeErfahrungen des Arztes gestützt,durchgeführt werden.

Aufgabe

Zur Verbesserung der Therapieergeb-nisse und der Patientensicherheit isteine präzise Platzierung der Wärmeap-plikatoren im Gewebe und eine direkteOn-Line-Kontrolle der Therapiewirkungerforderlich. Der Einsatz von intraope-rativem Ultraschall als nichtinvasivesVerfahren zur Bildgebung erlaubt einekostengünstige Lösung zur Unterstüt-zung des Arztes bei der Durchführungder Therapie. Herkömmliche Ultra-schallgeräte sind jedoch für die reineDiagnostik ausgelegt und erlaubenmittels Grauwert- oder Farbdoppler-Bildgebung keine Kontrolle des Ver-laufs der thermischen Ablation. DasZiel des Projektes war es daher, speziel-le Bildgebungsmodi für die Therapie-kontrolle zu entwicklen und in einGesamtsystem zu integrieren.

Biomedizinische Ultraschallforschung

Projektbeispiel: SonoPilot®-thermo – Ein integriertes System zur Navigation und Kontrolle thermischer Therapien mittels Ultraschall

Abbildung 1: Darstellung der thermischen Ablations-zone mittels akustischer Bildgebung.

Abbildung 2: SonoPilot®-thermo.



Ergebnisse

Das System wurde unter In-vitro- undIn-vivo-Bedingungen getestet. AmTiermodell (Schwein) wurde eineRadiofrequenzablation mittels bipola-rer HF-Applikatoren im multipolarenBetrieb durchgeführt. Die thermischeTherapie wurde mit 30 Watt übereinen Zeitraum von 20 min. in derLeber vollzogen. Vor, während undnach der Behandlung wurden Frei-hand-3-D-Ultraschalldatensätze aufge-nommen. Zur Vermeidung von Bewe-gungsartefakten wurde die Beatmungder Tiere während der 15–20 sec. dau-ernden Aufnahme kontrolliert. JedeLinie der akustischen Datensätzewurde mit einer vier-Puls-Anregungmit schmalbandigen Bursts der Fre-quenzen 2,25 MHz, 3,5 MHz, 5 MHzund 6 MHz erzeugt. Jedes Datenvolu-men beeinhaltet ca. 200 Bilder mitjeweils 4*96 Scanlinien pro Bild beieiner Volumenauflösung von128*128*256 Voxel. Durch dieBestimmung der lokalen frequenzab-hängigen Dämpfung in jedem Daten-satz und dem Vergleich zwischen zeit-lich aufeinanderfolgenden Datensätzenwird die Veränderung der Dämpfungs-eigenschaften über die Behandlungs-zeit registriert. Zum Vergleich zeitlichaufeinanderfolgender Datensätze wer-den diese unter Ausnutzung der Positi-ons- und Richtungsangaben der einzel-nen Applikatoren als Landmarken geo-metrisch miteinander registriert. DieBetrachtung der Veränderung derDämpfung erlaubt die Darstellung derthermisch bedingten Gewebeverände-rung. Eine starke Veränderung derDämpfungseigenschaften korreliert mitder Koagulation des Gewebes. Nachder Therapie wurde die Leber entfernt,fixiert und die Läsionen später optischvermessen. Die Ergebnisse zeigen eineAbweichung der akustisch und optischgemessenenen Läsionsvolumina imBereich von 10%.

Abbildung 3: Grafische Benutzeroberfläche zur Navigation der Punktion.

Abbildung 4: Grafische Benutzeroberfläche zur 3-D-Visualisierung und Kontrolleder thermischen Ablation.

Abbildung 5: Akustisch gemessene Zerstörung des Gewebes um den thermischenApplikator (blau).



Ultraschall

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

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

– Messtechnik: Pygnometer, 3-D-Schallfeld-Scanner, Impedanzmess-platz

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

– FPGA-Entwicklungsumgebung– computerunterstützte Entwicklungs-

umgebung für Elektronikboards(ORCAD)

– Bestückungstechnik: SMD-Feinpitch-bestückung

– Verbindungstechnik Elektronik:Mikrolötstation, Schwall-Lötanlage,Reflow-Lötanlage

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

– SPS-Entwicklungsplatz (Siemens S 6)– Spezialmesssoftware für den

Entwicklungsbereich, Rauheits-messplatz

– Kryostatmessplatz für Sensor-charakterisierung und Zero-Flow-Messungen

– Laserinterferometermessplatz– Ultraschalluniversalmessplatz für

industrielle Anwendungen (Beton,Stahl, Kunstoffe)

Potenzial

Das SonoPilot®-thermo-System erlaubtdem Anwender eine einfache und prä-zise Positionierung der Applikatorenunter Echtzeit-Ultraschallkontrolle. DieAbweichungen zwischen optisch undakustisch gemessenen Läsionsvoluminaliegen innerhalb der benötigtenGenauigkeit zur Therapiekontrolle. DasSystem befindet sich momentan in derCE-Zertifizierung.

Ansprechpartner

Dr. Robert LemorTelefon: +49 (0) 6894/980-225Fax: +49 (0) 6894/[email protected]

Klinischer Partner

OA Dr. med. Joerg-Peter Ritz, Dr. med. Kai LehmannChirurgische Klinik und Poliklinik I Allgemein-, Gefäß- und ThoraxchirurgieCharité – Universitätsmedizin BerlinCampus Benjamin FranklinFreie Universität Berlin und Humboldt-Universität zu Berlin Hindenburgdamm 3012200 Berlin

Ausstattung



– 8 Kanal-Laufzeitdifferenz-Mess-system für Luftschallanwendungen

– Single Element, Phased- und Linear-Array-Ultraschallsysteme

– Luftschallsensorik (3-D-Oberflächen-Scanner, Volumenbestimmung undPositionsdetektoren)

– Doppler-Systeme– Durchflussmesstechnik: Labormess-

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

– Phased Array- und Linear Array-Ultraschallentwicklungssysteme

– Entwicklungssystem für industrielleBildverarbeitung (Lage, Position,OCR, Patternmatching)

– Ultraschallsensorsysteme für die Therapiekontrolle (minimalinvasiveChirurgie, laserinduzierte Thermo-therapie)

– Ultraschall-Navigationssystem-Entwicklungsplattform – SonoPilot®

– akustische Mikroskopsysteme – Rasterkraftmikroskop

Sensorfertigung

– Fertigungsanlage für Ultraschall-sensoren in kleiner und mittlererStückzahl

– CNC-Flachbettschleifmaschine (Ziersch & Baltrusch)

– Präzisionsläpp- und Poliermaschinen(Wolters)

– CNC-Universalfräsmaschine (Mikron UM 600); Arbeitsbereich(AB): 600 x 500 x 450 mm

– CNC-Werkzeugfräsmaschine (KorradiUW 10 CNC); AB: 500 x 300 x 400 mm

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

– CNC-Universaldrehmaschine (RaelMeka RT 5, zyklengesteuert); Quer-verstellung 200 mm, Längsverstel-lung 600 mm, angetriebene Werk-zeuge

– Drehmaschine Colchester Master VS 3250, Drehdurchmesser 1 – 300 mm, Drehlänge 650mm

– CNC-Hochpräzisions Trenn- und Profilschleifmaschine (Berney T38-4CNC), AB 160 x 220 x 120 mm, NC Rundtisch 360°, Schnittbreitemin. ca. 20 µm

– CNC-Diamantkreissägen (Disco DAD 321)

– CNC-Mikro Bohr-Fräs-Schleifma-schine (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+–0,1 mm

– 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.

Bildarchivierung und -verarbeitung



Medizin-Telematik

ÄrztenetzePost-

stationäresMonitoring

Disease-Manage-

ment

IntegrierteVersorgung

Pflege-dienste

Apotheken

Home-Care

Patienten

Kranken-häuser

Hausärzte Spezialisten

Reha-Zentren

Medizin-Telematik

Kommunik

atio

nsan

bind

ungen Kommunikationsanbindungen


– Medizinische Netze– Home Care

Projektbeispiel: Die Home Care- und Telemedizinplattform TOPCARE – Telematiktechnologie des IBMT hilft Malariapatienten in Südamerika

Ausstattung

Übersichtsgrafik der Akteure im Bereich Gesundheitstelematik.



Die elektronische Kommunikation undDokumentation durchdringt immermehr die gesamte Lebenswirklichkeitder Menschen. Sie entwickelt sichdabei zunehmend zu einer neuen, vonuns allen noch in ihrer Gänze zu ver-stehenden Kulturtechnik. Sie wird sichallerdings nur dann und nur dort eta-blieren können, wo sie einen signifi-kanten Vorteil für die Beteiligten ent-faltet. Auch in der Medizin werdenzunehmend Techniken der digitalenVernetzung eingesetzt. Die mit ihrerreichbaren Vorteile sind in vielen Fäl-len evident. Das medizinische Potenzialder Kombination von Telekommunika-tion und Informatik (Telematik) ist imFraunhofer IBMT schon vor einem Jahr-zehnt erkannt und genutzt worden,indem eine eigene Einheit »Medizinte-lematik« gegründet wurde. Im Laufeder Jahre und durch die Erfahrungender praktischen Arbeiten haben sichzwei Schwerpunkte entwickelt. Dereine behandelt die Spezifika der Kom-munikation zwischen sogenannten»Health Professionals«, also Ärzten,Zahnärzten, Apothekern und anderen»Gesundheitsdienstleistern« wie Heb-ammen usw. Der andere erarbeitettechnische und nichttechnische Vor-aussetzungen für eine telematischePlattform zur Einbeziehung der Patien-

ten und realisiert sie für die nationaleund internationale Anwendung. BeideBereiche liefern den Autraggebern inihren Arbeitsgebieten Ergebnisse, dievon Studien bis zu produktnahen undin der Praxis getesteten Systemen rei-chen. Für die Zukunft wird die Umge-staltung des deutschen Gesundheits-wesens und die Harmonisierung aufeuropäischer Ebene für die Medizinte-lematik noch eine Vielzahl von Aufga-ben bereithalten.

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 – Telemedizinlösungen– biomedizinische Datenintegration– Informationssysteme für Biobanken

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

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

Medizin-Telematik




Ausgangssituation

Infektionskrankheiten sind weltweitauf dem Vormarsch. In den Entwick-lungsländern verursachen sie fast dieHälfte aller Todesfälle. Betroffen sinddort vor allem Bevölkerungsgruppen,die nur unzureichenden Zugang zuden begrenzten Ressourcen der öffent-lichen Gesundheitssysteme haben.Damit wird eine rechtzeitige Diagnoseund adäquate Therapie dieser Krank-heiten behindert. Priorität bei der glo-balen Bekämpfung von Infektions-krankheiten haben Malaria, Tuberkulo-se und Aids, die für die Hälfte derTodesfälle verantwortlich sind. In Ent-wicklungsländern behindern geradediese Krankheiten die sozioökonomi-sche Entwicklung ganzer Regioneninfolge mangelnder Gesundheitsver-sorgung, unzureichender Vorbeu-gungsmaßnahmen und inadäquaterÜberwachungsstrukturen zur Eindäm-mung von Epidemien. Sie tragen somitzur Armut bei. An Kolumbiens unter-entwickelter tropischer Pazifikküsteetwa, wo eine schwarze Minderheitvon nur 2% der Gesamtbevölkerunglebt, treten 30% aller Malariafälle desLandes auf, dabei vor allem die schwe-re Form der Malaria, die Malaria tropica. Der strukturschwachen undschlecht zugängigen Region fehlt es anÄrzten und medizinischen Einrichtun-gen. Erschwert wird die Situationdurch hochgradige Resistenzen derMalariaerreger gegen Standard-medikamente.

Versorgungsverbesserung durchTelemedizin

In einem von der Europäischen Kom-mission geförderten Demonstrations-projekt in Lateinamerika zum Potenzialder Telemedizin mit Namen T@lemedwird unter der Federführung desFraunhofer IBMT erstmalig ein Teleme-dizinansatz zur Verbesserung der Dia-gnose und Therapie von Malaria inunterversorgten Regionen Kolumbiensimplementiert. In Malariagebieten an

ten mit einer Verdachtsdiagnose zumPatienten ausfüllen, die dann vomExperten bestätigt oder korrigiert wird.In einem abgestuften Kommunika-tionskonzept werden die Anfragenabhängig von der Dringlichkeit beant-wortet. Durch Videobefundungsdiens-te können die Vor-Ort-Versorger indringenden Fälle im direkten Gesprächmit dem Experten gemeinsam Mikros-kopiebilder bewerten und die weitereTherapie abstimmen.Mit Einführung dieser Telemedizindiens-te erhalten die Menschen in der Ziel-region Zugang zu hoch qualifiziertenGesundheitsressourcen in den Groß-städten zur Gewährleistung ihrer bes-seren Versorgung vor Ort. Das Personalvor Ort wird durch die Fernberatung inder Behandlung von Infektionskrank-heiten geschult. Umgekehrt entsteht inden Expertenzentren eine Datenbasisüber die Situation in den Malariagebie-ten, die wertvolle Informationen fürdie Weiterentwicklung der Primärver-sorgung vor Ort und für Interventions-konzepte bei Epidemien liefert. Sinddie Telemedizindienste einmal imple-mentiert, so lassen sie sich leicht aufweitere relevante Krankheitsbilder inder Primärversorgung der Zielregionerweitern. Eine medizinische Begleit-studie zum Projekt wird klären, in wieweit sich diese Erwartungen erfüllen.

Medizin-Telematik

Projektbeispiel: Die Home Care- und Telemedizinplattform TOPCARE – Telematiktechnologie des IBMT hilft Malariapatienten in Südamerika

Abbildung 1 und 2: Außenbezirke der kolumbianischen Hafenstadt Buenaventura an der tropischen Pazifikküste desLandes, einem Gebiet mit hoher Malariainzidenz. Die Diagnose der Erkrankung erfolgt durch Untersuchung einesBlutausstrichs unter dem Mikroskop, in dem Parasitentyp und Stadium der Erkrankung festgestellt werden können.

der Pazifikküste und im Landesinnernwerden dazu ambulante Krankensta-tionen und einfache Krankenhäusermit Expertenzentren und Universitäts-kliniken in den Großstädten Bogotáund Cali vernetzt. Die technischeGrundlage hierfür bildet die vom IBMTgemeinsam mit Partnern entwickelteHome Care- und Telemedizin-System-lösung TOPCARE. Mit ihrer Hilfe wer-den an den Universitätskliniken tele-medizinische Befundungs- und Konsul-tationsdienste für die endemischenRegionen eingeführt, die Mikroskopie-bilder und andere diagnostische Datenund Anfragen bewerten, welche ihnenvon Ärzten und medizinischem Perso-nal vor Ort zur Befundung zugeschicktwerden. Im Wesentlichen werdendabei Fragestellungen zur Diagnoseund Therapie bei Patienten mit schwer-wiegendem Krankheitsverlauf geklärt,die vor Ort aufgrund mangelnderExpertise nur unzureichend beantwor-tet werden können. Zur Diagnose undBehandlung nach Evidenzkriterienmüssen anfragende Erstversorgereinen standardisierten Fallberichtsbo-gen für tropische Infektionskrankhei-



Die Home Care- und Telemedizin-plattform TOPCARE

Die TOPCARE-Plattform ist eine modu-lare und sichere Systemlösung für Tele-medizinund Home Care-Anwendun-gen. Die zunächst für die telematischeTherapiekontrolle von chronisch Kran-ken und Überwachung von Risikopa-tienten im häuslichen Umfeld konzi-pierte IT-Plattform wurde im Rahmendes Projektes T@lemed für telemedizini-sche Szenarien erweitert. Als Internet-Anwendung kommuniziert die TOP-CARE-Plattform medizinische Datenvertraulich und sicher zwischen Patien-ten und ihren Ärzten sowie zwischenGesundheitseinrichtungen und Teleme-dizinzentren. Das Rückgrat der TOP-CARE-Plattform bildet der TOPCARE-Server, der medizinische Daten derPatienten von Telemonitoring- und Kiosksystemen entgegennimmt und ineiner Krankenakte speichert, denZugang von Ärzten zu diesen Datenreglementiert und Telemedizin- undHome Care-Netze verwaltet. Inhalteder Krankenakte werden den medizini-

Abbildung 3 und 4. TOPCARE-Kiosk für Infektions-krankheiten. Die Skizze zeigt die medizinischen Geräteund Systeme, die speziell für die Diagnostik von Infekti-onskrankheiten am Kiosk betrieben werden können.Die zwei Bildschirmmasken des Kiosks geben einen Ein-druck vom leicht verständlichen Bedieninterface, dasauch mit Touchscreen benutzt werden kann.

Abbildung 7. T@lemed-Demonstrationsregionen in Kolumbien mit implementierten Telemedizinnetzen. Die rotenKreise repräsentieren Expertenzentren in Cali und Bogotá, die Telemedizindienste für Gesundheitseinrichtungen inMalariaregionen und unterversorgten Gebieten bereitstellen. Die grünen Punkte zeigen Standorte von TOPCARE-Kiosken in diesen Regionen.

Abbildung 5 und 6. Blick auf das für den Experten konzipierte Bedieninterface des TOPCARE Telemedizin-Servers.



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 on-line

– Kommunikationseinrichtungen zumdrahtlosen kontinuierlichen Patien-tenmonitoring

– Softwarewerkzeuge zur Generierungvon Präsentationen, auch online

– Mikrokontroller-Entwicklungsplätze– Softwareentwicklungswerkzeuge für

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

schen Nutzern im Webbrowser präsen-tiert. Der Zugang zu Trendkurven,medizinischen Bildern und Fallberich-ten bleibt autorisierten Ärzten vorbe-halten, die sich über eine Signaturkarteanmelden, um die Patientendaten zubewerten und Behandlungsempfeh-lungen auszusprechen und zu doku-mentieren. Für die Ferndiagnose und -beratungbei Malaria und anderen Infektions-krankheiten steht den Rat suchendenGesundheitseinrichtungen ein speziel-les, kostengünstiges Kiosksystem zurVerfügung, der TOPCARE-Kiosk. DiesesSystem beinhaltet einen Linux PC miteiner leicht bedienbaren, selbster-klärenden Datenbankanwendung,einer Reihe von am Kiosk betriebenenmedizinischen Messgeräten für densogenannten »Point-of-Care«, ange-fangen vom Blutdruckmessgerät überein Blutanalysesystem bis hin zumRöntgenfilmscanner. Ferner unterstütztder TOPCARE-Kiosk eine am Mikros-kop montierbare Digitalkamera zurcomputergesteuerten Erstellung vonBildersätzen von Blutausstrichen, sowieeine integrierte Webcam für Videoge-spräche mit dem Experten in Verbin-dung mit Application-Sharing. Fürjeden neuen Patient wird eine elektro-nische Gesundheitsakte am Kioskerzeugt, in der Mikroskopiebildersätzeund alle weiteren diagnostischen Infor-mationen gespeichert werden. Diese

Daten werden zusammen mit einemFallbericht über Symptome undGesundheitszustand des Patienten anden TOPCARE-Server geschickt, woeine Auswertung durch den Expertenerfolgt und Behandlungsempfeh-lungen an den Kiosk zurückgesandtwerden.

Erste Ergebnisse

In Kolumbien haben zwischenzeitlichzwei Telemedizinzentren in Cali undBogotá ihre Befundungs- und Bera-tungsdienste gestartet. In der Küsten-stadt Buenaventura und Umgebungwurden zwei TOPCARE-Kioske in einerMalariastation und einer Militärbasis in Betrieb genommen, die nun Bera-tungsdienste eines Universitätskran-kenhauses in Cali und eines Malaria-forschungszentrums in Anspruch neh-men. Im Department Guaviare wurdenzwei Kiosksysteme in einem Kranken-haus und einer ambulanten Kran-kenstation installiert, die Beratungerfolgt durch das telemedizinische Zentrum der Universidád Nacional deColombia in Bogotá.

Die bisherigen Erfahrungen aus einerPilotphase in dem bis Ende 2006 laufenden Projekt sind sehr vielverspre-chend. Weitere Kiosk-Installationenwerden vorbereitet. Der Weiterbetriebder Telemedizindienste nach Projekt-ende konnte für einige Standortebereits sichergestellt werden. Detail-lierte Ergebnisse über den medizini-schen Nutzen werden von der Begleit-studie im Laufe des Jahres 2006 erwartet.

AnsprechpartnerDipl.-Inform. Stephan KieferTelefon: +49 (0) 6894/980-156Fax: +49 (0) 6894/[email protected]

Ausstattung



»Status Map« zur graphischen Visualisierung des aktuellen Projektstandes im Integrierten Projekt CellPROM.Einzelne Aufgaben werden durch eine aussagekräftige Graphik und der Bearbeitungsstatus durch Farbkodierung repräsentiert.

Computerunterstützte Simulationen


– Computerunterstützte Simulationen

Projektbeispiel: Multiphysik-Simulationen

Ausstattung



Bei jeder Form der Projektzusammen-arbeit, ob mit industriellen oder öffent-lichen Auftraggebern, nimmt dieBerichterstattung einen nicht zu unter-schätzenden Raum ein. Der Transportkomplexer Zusammenhänge zwischenParametern und Ergebnissen funktio-niert kaum ohne entsprechende gra-phische Aufbereitung. In der Regel istneben der Papierform auch eineAbschlusspräsentation mit multimedia-len Komponenten erwünscht. 3-D-Gra-phiken, Computer-Animationen undBewegungssimulationen nehmendabei einen immer breiteren Raum ein.

Auch während der Projektlaufzeit undim Projektmanagement ist die graphi-sche Darstellung ein wertvolles Hilfs-mittel. Multidisziplinäre Teams undProjektkooperationen mit Partnern ausvielen verschiedenen Ländern sind eherdie Regel als die Ausnahme. Insbeson-dere die neuen Instrumente im 6. For-schungs-Rahmenprogramm derEuropäischen Union wie IntegrierteProjekte stellen hohe Anforderungenan das Management. Das vom Fraun-hofer IBMT koordinierte Projekt Cell-PROM mit seinen 27 Partnern aus 12Ländern ist ein Beispiel für ein solchesProjekt. Über die Grenzen der Diszipli-nen und Sprachen hinweg ist es not-

wendig, den aktuellen Projektstandzeitnah zu erfassen und zu kommuni-zieren. Dies funktioniert nur über eineentsprechende graphische Aufberei-tung. Gleiches gilt für die als Diskussi-onsbasis notwendigen Dokumente wieSpezifikationen, Pflichtenhefte undtechnische Dokumentationen. TäglicheKommunikation kann und darf nichtauf Stapeln von Papier beruhen; Skiz-zen, Zeichnungen, 3-D-Graphiken undAnimationen transportieren Inhaltewesentlich effizienter.

Die Integration graphischer Elementein den Projektablauf ist eine Stärke desFraunhofer IBMT. In der ArbeitsgruppeComputerunterstützte Simulationensind die Werkzeuge und Kompetenzenvorhanden, um diese Art der Projekt-abwicklung effizient zu unterstützenund voranzutreiben, innovative Projek-te erfordern auch innovative Ansätzeim Management.

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



– computerunterstützte Entwicklungund Test von Ultraschallwandlern

– computerunterstützte Entwicklungvon Test-Ultraschall-Arrays

– Schallfeldberechnungen– Optimierung von Ultraschallsensoren

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 -berech-

nungen– FEM-basierte Bauteileoptimierung– Simulation von Mikrofluidikbau-

elementen und -systemen– Temperaturberechnungen– 3-D-Konstruktion– 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]





Ausgangssituation

Die experimentelle Untersuchung innovativer kooperativer Ansätze imBereich der Robotik erfordert einegroße Anzahl individueller Agenten.Aus dem Tierreich von Fischen, Vögelnund vor allem Insekten bekannteSchwärme dienen hier als Vorbild. DieMikrosystemtechnik liefert Methoden,diese Vielzahl von Robotern kostenef-fektiv zu fertigen, impliziert aberGesamtabmessungen im Bereich einesMillimeters. In diesem Spannungsfeldbewegt sich das Integrierte Projekt I-SWARM, in dem acht Partner aus sie-ben Ländern versuchen, Schwarmver-halten im Zusammenhang mit Robo-tern zu studieren. Um realistischeSzenarien experimentell nachstellen zukönnen, benötigen die Roboter moto-rische, sensorische, aktuatorische undkommunikative Fähigkeiten. Sie müs-sen sich also bewegen, ihre Umweltwahrnehmen, Arbeiten verrichten undsich untereinander verständigen können.

Aufgabe

Ein Vorschlag für ein multifunktionalesSensor-Aktuator-Kommunikationsele-ment besteht aus einer Kombinationaus einem elektrostatischen Greifer miteinem piezoelektrischen Antrieb.Damit ist es möglich Objekte zu grei-fen und wieder loszulassen, gleichzei-tig kann über eine Rückkopplung derKontakt zwischen den beiden Objek-ten festgestellt werden. Die Aufgabedes Fraunhofer IBMT bestand darin,durch FEM-Simulationen des Bauteilseine prinzipielle Machbarkeit zu unter-suchen und entsprechend Vorschlägefür die Auslegung zu erarbeiten. Einebesondere Schwierigkeit folgt aus derOberflächenphysik, da bei den gefor-derten Abmessungen im Submillime-terbereich Oberflächeneffekte wieAdhäsion einen wesentlich größerenEinfluss haben als bei konventionellen,meist mechanischen Greifern (sieheAbbildung 1). Als Basis dienten experi-


Projektbeispiel: Multiphysik-Simulationen

Abbildung 1: Skaleneffekte der beteiligten physikalischen Kräfte Adhäsion, Gravitation und Elektrostatik bei Verringerung der Objektgröße.

Abbildung 2: Berechnete elektrische Feldverteilung um das zu greifende Objekt.


verwendet und das resonante Verhal-ten des Systems ohne und mit Belas-tung simuliert (siehe Abbildung 3).Auch hier konnten geometrische Para-meter für die Auslegung des Bauteilsermittelt und für den Testmusterbauoptimiert werden.

Potenzial

Mit ANSYSTM können verschiedenephysikalische Phänomene entwederseparat oder in ihrem Zusammenspielin einem Modell untersucht werden.Elektrische und magnetische Effektekönnen dabei mit piezoelektrischenund hydrodynamischen Kräften kombi-niert werden. Somit steht ein universel-les Werkzeug zur Verfügung, mit des-sen Hilfe am Fraunhofer IBMT dieunterschiedlichsten Fragestellungenaus den Bereichen Mikromechanik,Mikrofluidik, Ultraschall, Akustik, Elek-trostatik und Elektromagnetik unter-sucht werden können. Somit könnenfür Interessenten aus der Industriedirekt oder als Dienstleistung innerhalbdes Fraunhofer IBMT für andereArbeitsgruppen komplexe Sensoren,Aktuatoren oder fluidische Bauteile amComputer studiert, entworfen undoptimiert werden.

Projektdurchführung

Dipl.-Ing. Jürgen MeicheDipl.-Phys. Daniel Schmitt

Projektförderung

Europäische Union, FP6-IST 507006 (I-SWARM)

AnsprechpartnerDipl.-Phys. Daniel SchmittTelefon: +49 (0) 6894/980-120Fax: +49 (0) 6894/[email protected]


mentelle Voruntersuchungen, die beianderen Partnern des Konsortiumsdurchgeführt wurden.

Ergebnisse

Am Fraunhofer IBMT wurden für dasBauelement Finite-Elemente-Modellemit ANSYSTM aufgebaut. Dabei wurdezunächst separat das elektrostatischeVerhalten von Referenzobjekten imZusammenspiel mit dem Greifer stu-diert (siehe Abbildung 2). Die Form desGreifers wurde dabei in Form undGröße variiert, um für die in Analogiezum Experiment verwendeten kugel-förmigen Referenzobjekte optimaleKonfigurationen zu finden.

In einem zweiten Modell wurde da-nach untersucht, inwieweit mit einempiezoelektrischen Antrieb des Greiferseinerseits ein Vibrieren zur Unterstüt-zung des Trennungsprozesses Greifer–Objekt genutzt werden kann. Anderer-seits führt die zusätzliche Masse desObjektes zu einer Resonanzverschie-bung und kann damit zur Detektioneingesetzt werden. Dazu wurde daspiezoelektrische Modul von ANSYSTM

Abbildung 3: Modell, Verbiegung und Auslenkung desmit einer Referenzkugel (42 µm Durchmesser) belaste-ten Werkzeugs.




Hybride Rechnerumgebung unterUNIX/Linux und Windows mit den folgenden 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 Ultraschall-wandlern auf der Basis des KLM-Modells), MathematicaTM, SCALP (Eigenentwicklung zur Berechnung dertransienten Ausbreitung akustischeroder elektromagnetischer Wellen),LabViewTM (Signalanalysecode), 3D-Studio MAXTM (Visualisierung undAnimation komplexer physikalischerund technischer Vorgänge), Evoluti(Eigenentwicklung zur Optimierungauf der Basis genetischer Algorithmen),AMIRATM (3-D-Bildverarbeitung undRekonstruktion), AcapellaTM (Bildana-lyse mikroskopischer Aufnahmen)

Ausstattung



Biomedizinische Kompetenzzentren


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

und Interventionssysteme (MOTIV)– Kompetenzzentrum CC-Nanochem

Projektbeispiel: Kompetenzzentren für Biomedizintechnik am IBMT

Ausstattung

Kooperationsforum »Wireless Systems for Biomedical Applications & Devices« am 26. April 2005 in der Kryohalle des IBMT.



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. Im Spannungsfeld zwischen ständiger Verbesserung der Patientenversorgungbei zunehmender Kosteneinsparung, niedrigen Stückzahlen bei hohen Qualitätsanforderungen, langen Ent-wicklungszeiten bei zunehmenderInnovationsgeschwindigkeit, aufwändi-gen Zulassungsregularien und starkerMultidisziplinarität müssen insbesonde-re in Forschung und Entwicklunggroße Herausforderungen gemeistertwerden.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 in der Dünndarm-Diagnostik, die Nutzung von Nanopartikeln für dieBehandlung von Patienten in derTumortherapie 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 Medizin-technisches Kompetenzzentrum fürMiniaturisierte Monitoring- undInterventionssysteme (MOTIV)Dipl.-Biol. Jochen SchmidtTelefon: +49 (0) 6897/[email protected]

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

Ansprechpartner Kompetenz-zentrum Nanotechnologie (CC-NanoChem)Dipl.-Ing. Andreas SchneiderTelefon: +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 & Koordi-

nation 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.-Ing. Andreas SchneiderTelefon: +49 (0) 6897/[email protected]

Biomedizinische Kompetenzzentren




Ausgangssituation

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 Center of

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

– Koordination des Kompetenzzen-trums »MOTIV« – MiniaturisierteMonitoring- und Interventions-systeme im Auftrag des Bundesminis-teriums für Bildung und ForschungBMBF: www.motiv-medtech.de.

– Übernahme der Nanobiotechnologie-Kompetenz im BMBF-Kompetenz-zentrum für chemische Nanotechno-logie »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 Kompe-tenzzentren dar. Technologieberatungumfasst hierbei Machbarkeits- undMarktstudien, Konzeptbewertung und-beratung sowie technische Recher-chen und Patentrecherchen. Anhandeiner Fallstudie werden Vorgehenswei-se und Ablauf eines Beratungsprojek-tes am Fraunhofer IBMT beispielhaftdargestellt.

Fallstudie einer Technologieberatungim Auftrag eines IndustriekundenZiel 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.

Projektbeispiel: Kompetenzzentren für Biomedizintechnik am IBMT

Kompetenzzentren für Biomedizintechnik am IBMT



Monat 2:Abschluss der Angebotserstellung. DasAngebot enthält die Punkte Ausarbei-tung eines Beratungskonzeptes,Durchführung von Experteninterviews,Erstellung eines Ergebnisberichtessowie Abschlusspräsentation mit Dis-kussion der Ergebnisse und der weite-ren Schritte 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 dis-kutiert. 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-Offsnicht-biomedizintechnischer Art erarbeitet.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 Emp-fehlungen zur weiteren Vorgehenswei-se 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) 6897/9071-42Fax: +49 (0) 6897/[email protected]



Ausstattung

Abbildung: Räumlichkeiten und Mitarbeiter der Kompetenzzentren des IBMT.

Kompetenzzentren Biomedizintechnik

– interdisziplinäres Team bestehendaus Biomedizintechnik-, Wirt-schaftsingenieuren und Biologen

– Europäisches KompetenzzentrumMEDICS – Biomedizinische Mikro-produkte

– Kompetenzzentrum MOTIV – Miniaturisierte Monitoring- undInterventionssysteme

– 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– Messe- und Veranstaltungsspiegel

Wissenschaftliche Veröffentlichungen– Diplomarbeiten und Promotionen– Publikationen/Vorträge– Patente

Impressum

Blick auf den Stand des Fraunhofer IBMT auf der BIOTECHNICA-Messe 2005in Hannover (im Rahmen des Auftritts des Verbunds Life Sciences).



Wissenschaftler, StipendiatenGastwissenschaftler 2005

Oliver Jonas Humboldt-Universität zu BerlinTilo Matthes Humboldt-Universität zu BerlinDr. Martin Wiklund Universität Stockholm, SchwedenRonan Le Harzic JenLab, JenaSven Martin JenLab, JenaRaimon Casanova Universität Barcelona, SpanienProf. Dr. Chaejoon Cheong Universität Daejeon, KoreaXie Xi Cheng Edan Instruments, Shenzhen, ChinaLui Gang Edan Instruments, Shenzhen, ChinaXiaofang Zeng Edan Instruments, Shenzhen, ChinaProf. Dr. Eckard Helmers FH TrierMargarida Serra IBET Lissabon, PortugalProf. Dr. Iain E. P. Taylor University of British Columbia, KanadaProf. Dr. Edward Sternin Brook University, St. Cathrins, KanadaProf. Dr. Wolfgang G. Müller Universität MainzProf. Dr. Wolfgang Horn TU MünchenProf. Dr. Hans-Peter Richter Medizinische Fakultät, UdS, HomburgProf. Dr. Jürgen Lademann Charité, BerlinDr. Dominique van Neste Skinterface, Tornai, BelgienDr. Ulrich Schäfer NTF III, UdS SaarbrückenProf. Dr. Michael Stuke Max-Planck-Institut für Biophysikalische Chemie,

Göttingen

Gastdozent

Prof. Dr. Philippe Gaucher Grande École, Paris, Frankreich

Internationale Gäste

Namen, Daten, Ereignisse



MEDTEC 2005 – Messe und Konferenz15.–17.02.2005, Stuttgarthttp://www.medtecshow.de/

Nanotech 2005, 23.–25.02.2005, Tokyo

MEK 2005 – 4. Medizintechnik- und Ergonometriekongress– Medical Devices: Human Factors and Patient Safety17.–18.03.2005, Münsterhttp://www.med-2005.com/PDF/MEK2005Program.pdf

Unternehmenstreffen für Unternehmen & Spin-Offs aus dem Saarland und der Wallonie15.04.2005, Gembloux (Belgien)

Konferenz Focus on Microscopy FOM 200520.–23.04.2005, Jena

MedInIreland19.–20.04.2005, DublinUltraschall – Biomedical Device Delelopment

International Cooperation Forum on Wireless Systems forBiomedical Applications & Devices25.–26.04.2005, Sulzbach http://www.medics-network.com/wireless/

SENSOR+TEST 200510.–12.05.2005, Nürnberg

ZPT-Kooperationsforum Healthcare01.06.2005, Metz

19. Treffpunkt Medizintechnik, Imaging und optische Technologien für die Medizin01.06.2005, Berlin

Lange Nacht der Wissenschaften 200511.06.2005, Fraunhofer IBMT/AMBT, Institut für Biologie,Humboldt-Universität zu Berlin, Berlin

Tag der Offenen Türen 2005 27.08.2005, Fraunhofer IBMT/AMBT, WissenschaftsparkGolm, im Fraunhofer IAP, Potsdam/Golm

BIOTECHNICA 200518.–20.10.2005, Hannover

BMT – Biomedizinische Technik und Medizinphysik 200514.–17.11.2005, Nürnberghttp://www.bmt2005.de

MEDICA 2005 – Weltforum der Medizin, internationaleFachmesse mit Kongress 16.–19.11.2005, Düsseldorfhttp://www.medica.de

NanoTech 200515.–17.11.2005, Montreux

Messe- und Veranstaltungsspiegel



Diplom-Arbeiten und Promotionen

Wissenschaftliche Veröffentlichungen

Name Fakultät/Fachbereich Art der Qualifikation

Xenia Marschan Universität Potsdam, Biologie Promotion

Magnus Jäger HU Berlin, Biophysik Promotion

Pia Bartholomä Universität des Saarlandes, Biologie Promotion

Christian Heise Universität Potsdam, Chemie Promotion

Till Brombach Universität des Saarlandes, Medizin Promotion

Dara Feili Universität des Saarlandes, Ingenieurwissenschaften Promotion

Sohee Kim Universität des Saarlandes, Ingenieurwissenschaften Promotion

Andreas Rahn FH Anhalt, Biotechnologie Diplom

Eva Eich Universität des Saarlandes, Biologie Diplom

Daniel Stempel HTW Saarbrücken, Informatik Diplom

Till Biskup HU Berlin, Biologie Diplom

Oliver Ernst TU Berlin, Med. Biotechnologie Diplom

Stefan Janda FHT Wien Diplom

Marzellus gr. Holthaus Hochschule Bremerhaven, Medizintechnik Diplom

Kim Zarse TU Berlin, Biotechnologie Diplom

Candia Joseph FH Lübeck, Medizintechnik Diplom

Anup Ramachandran Universität des Saarlandes, Medizintechnik Diplom

Ines Zerbe Uni Halle, Biochemie Diplom

Tobias Goris HU Berlin, Biologie Diplom

Christian Günther HTW Karlsruhe, Mechatronik Master

Yvonne Münch FH Wildau, Wirtschaftsingenieur Bachelor

Juliane Teapal FH Wildau, Biosystemtechnik & Bioinformatik Bachelor

Valentin Kuklin Studienarbeit

In Summe wurden im Jahre 2005 am IBMT 7 Promotionen, 12 Diplomarbeiten, 1 Masterarbeit, 2 Bachelorarbeiten sowie eine Studienarbeit abgeschlossen.



FUHR, G. R.: „Nanostructurisation, Biocompati-bility and Differentiation of Animal and HumanCells“.Vortrag anlässlich des Kolloquiums des RoyalInstitute of Technology Albanova der UniversitätStockholmin Stockholm (Schweden), 06.12.2004

FUHR, G. R.: „Was benötigt die regenerativeMedizin?“.Vortrag anlässlich des Besuchs des Bundespräsi-denten, Professor Horst Köhler,in Sulzbach (Saarland), 18.12.2004

FUHR, G. R.: „Zellkommunikation auf der Nanoskala“.Vortrag anlässlich der Auftaktveranstaltung zurLeitinnovation NanoForLife in Düsseldorf (Nordrhein-Westfalen),21.01.2005

FUHR, G. R.: „Zellmanipulation und Biokompa-tibilität“.Vortrag anlässlich des Seminars des Leibniz-Zentrums für Medizin und Biowissenschaften in Borstel (Niedersachsen), 16.03.2005

FUHR, G. R.: „Möglichkeiten und Grenzen derStammzellforschung“.Vortrag anlässlich des Zukunftsforums derUnion Stiftung in Saarbrücken (Saarland), 20.03.2005

FUHR, G. R.: „Micro- and NanotechnologicalAspects of Single Cell Analysis by Means of Biochips“.Vortrag anlässlich des Workshops „Nanobio-technologie“ des BMBF in Changsha (China), 11.-15.04.2005

FUHR, G. R.: „Extrem langsame Instrumenten-bewegung - ein neues Prinzip zur stressarmenEinzelzell-Manipulation“.Vortrag anlässlich des Evotec TechnologiesWorkshops an der Humboldt-Universität zu Berlin in Berlin (Berlin), 22.04.2005

FUHR, G. R.: „Frozen Medicine - Cryopreser-vation of Stem Cells with Clinical Relevance”.Vortrag anlässlich des 2nd World Congress onRegenerative Medicine in Leipzig (Sachsen), 18.-20.05.2005

FUHR, G. R.: „Ungelöste Probleme in der Zell-biologie und Biotechnologie“.Vortrag anlässlich des Tags der Offenen Türenim Wissenschaftspark Golm in Potsdam/Golm (Brandenburg), 27.08.2005

FUHR, G. R.: „Gentle Handling of Individual andGroups of Animal and Human Cells“.Vortrag anlässlich des Workshops EuroNanoFo-rum 2005 in Edinburgh (Schottland), 06.09.2005

FUHR, G. R.: „Ultra Slow Instrument Manipulati-on for Gentle Handling of Cells“.Vortrag anlässlich des Besuchs des Institute forBiological and Experimental Technology (IBET) in Lissabon (Portugal), 03.10.2005

FUHR, G. R.: „Ultra Slow Instrument Manipula-tion for Gentle Handling of Cells“.Vortrag anlässlich des Besuchs des BarcelonaScience Park, Universität Barcelonain Barcelona (Spanien), 05.10.2005

FUHR, G. R.: „Ultra Slow Instrument Manipula-tion for Gentle Handling of Cells“.Vortrag anlässlich des Besuchs des Institut Pasteur in Paris (Frankreich), 07.10.2005

FUHR, G. R.: „Cryopreservation, Cell Banking,and Gentle Handling of Individual and Groupsof Stem Cells - Introduction into FraunhoferIBMT Technology Developments“.Vortrag anlässlich des Technologie-Seminars desSaarländischen Wirtschaftsministeriums in Seoul (Korea), 18.-20.10.2005

FUHR, G. R.: „Ultra Slow Manipulation - A NewWay for Stress-reduced and Physiological Hand-ling of Individual Animal and Human Cells“.Vortrag anlässlich der 15. Jahrestagung derDeutschen Gesellschaft für Zytometrie (DGFZ) in Leipzig (Sachsen), 20.-22.10.2005

FUHR, G. R.: „Extreme Slow Cell Manipulation“.Vortrag anlässlich der NanoTech 2005in Montreux (Schweiz), 15.11.2005

FUHR, G. R.: „Sanfte Zellmanipulation für dieregenerative Medizin und Biokompatibilität“.Vortrag anlässlich der Ringvorlesung „Wohinsteuert die Bundesrepublik“ der TechnischenUniversität Braunschweig, in Braunschweig (Niedersachsen), 12.12.2005

Abteilung Mikrosysteme/Lasermedizin

Arbeitsgruppe Lasermedizin

BECKER, W., BERGMANN, A., HAUSTEIN, E.,PETRASEK, Z., SCHWILLE, P., BISKUP, C., KELBAUSKAS, L. K., BENNDORF, N., KLÖCKER,ANHUT, T., RIEMANN, I., KÖNIG, K.: „Fluores-cence Lifetime Images and Correlation Spectraobtained by Multi-dimensional TCSPC“.Micr. Res. Tech., 2005, in press

GARWE, F., CSAKI, A., MAUBACH, G., STEINBRÜCK, A., WEISE, A., KÖNIG, K., FRITZSCHE, W.: „Laser Pulse Energy Conversionon Sequence-specific bound Metal Nanoparticles and its Application for DNA Manipulation“. Medical Laser Application (doi:10.1016/j.mla.2005.07.007), 2005

HASSLER, K., ANHUT, T., RIGLER, R., GÖSCH,M., LASSER, T.: „High Count Rates with TotalInternal Reflection Fluorescence CorrelationSpectroscopy”. Biophys.J.: Biophys.Lett. 88, L01-L03, 2005

HASSLER, K. H., Anhut, T., LASSER, T.: „TimeResolved Hadamard Fluorescence Imaging”.Applied Optics, 2005, in press

KÖNIG, K., SCHENKE-LAYLAND, K., RIEMANN,I., Stock, U. A.: „Multiphoton AutofluorescenceImaging of Intratissue Elastic Fibers”.Biomaterials, 26, 495-500, 2005

KÖNIG, K., RIEMANN, I., STRACKE, F., LE HARZIC, R.: „Nanoprocessing with NanojouleNear Infrared Femtosecond Lasers”.Med. Laser Appl. 20, (doi:10.1016/j.mla.2005.07.009), in press, 2005

KÖNIG, K., EHLERS, E., STRACKE, F., RIEMANN,I.: „In vivo Drug Screening in Human Skin usingFemtosecond Laser Multiphoton Tomography“.Journal of Skin Pharmaceutical, in press, 2005

LE HARZIC, R., BREITLING, D., SOMMER, S.,FÖHL, C., KÖNIG, K., DAUSINGER, F.,AUDOUARD, E: „Processing of Metal by DoublePulses with Short Laser Pulses“.Applied Physics A (doi: 10.1007/s00339-005-3307-0), 2005

LE HARZIC, R., SCHUCK, H., SAUER, D., ANHUT,T., VELTEN, T., KÖNIG, K.: „Sub-100 nm Nano-structuring of Silicon by Ultrashort Laser Pulses“.Optics Express, Vol. 13, 6651-6656, 2005

LE HARZIC, R., BÜCKLE, R., WÜLLNER, C.,DONITZKY, C., KÖNIG, K.: „Laser Safety Aspectsfor Refractive Eye Surgery with FemtosecondLaser Pulses“. Medical Laser Application(doi:10.1016/j.mla.2005.07.008), 2005

Publikationen und Vorträge 2005



LUENGO, J., WEISS, B., SCHNEIDER, M., KOENIG, K., EHLERS, A., STRACKE, F., KOSTKA,K.-H., LEHR, C. M., SCHÄFER, U. F.: „Influenceof the Encapsulation of Flufenamic Acid intoPLGA Nanoparticles on Human Skin Absorption”.Skin Pharm. Physiol., in press, 2005

MÜLLER, W. E. G., KALUZHNAYA O. V., BELIKOV, S. I., ROTHENBERGER, M., SCHRÖDER,H. C., REIBER, A., KAANDORF, J. A., MANZ, B., MIETCHEN, D., VOLKE, F.: „Magnetic ResonanceImaging of the Siliceous Skeleton of the Demos-ponge Lubomirskia baicalensis“.Journal of Structural Biology, in press, 2005

SCHENKE-LAYLAND, K., RIEMANN, I., STOCK,U. A., KÖNIG, K.: „Imaging of CardiovascularStructures using NIR Femtosecond MultiphotonLaser Scanning Microscopy”. J Biomed Opt., 10(2): 24017, 2005

SCHENKE-LAYLAND, K., MADERSHAHIAN, D.,RIEMANN, I., STARCHER, B., HALBHUBER, K.-J.,KÖNIG, K., STOCK, U. A.: „Impact of Cryopre-servation on Extracellular Matrix Structures ofHeart Valve Leaflets”. The Annals of Thoracic Surgery, in press, 2005

STRACKE, F., BLUM, C., BECKER, S., MÜLLEN,K., MEIXNER, A. J.: „Correlation of EmissionIntensity and Spectral Diffusion in Room Tempe-rature Single Molecule Spectroscopy”.ChemPhysChem 6, 1242-1246, 2005

STRACKE, F., RIEMANN, I., KÖNIG, K.: „OpticalNanoinjection of Macromolecules into VitalCells”. Photochem. Photobiol., in press, 2005

ANHUT, T., RIEMANN, I., KÖNIG, K., LE HARZIC,R., KILLI, A., MORGNER, U.: „Non-linear LaserScanning Microscopy and Microprocessing ofBiological and Technical Materials using a NewDiode-pumped Solid-state Femtosecond Laserwith Cavity Dumping”. Proc. SPIE 5860-12, in press, 2005

ANHUT, T., HASSLER, K., LASSER, T., KÖNIG, K.,RIGLER, R.: „Fluorescence Correlation Spectros-copy on Dielectric Surfaces in Total InternalReflection Geometries“. Proc. SPIE, in press, 2005

BECKER, W., BERGMANN, A., HAUNSTEIN, E.,PETRASEK, Y., SCHWILLE, P., BISKUP, C., ANHUT,T., RIEMANN, I., KÖNIG, K.: „Fluorescence Life-time Images and Correlation Spectra obtainedby Multi-dimensional TCSPC”. Proc SPIE 5700, in press, 2005

BECKER, W., KÖNIG, K.: „Fluorescence LifetimeImages and Correlation Spectra obtained byMulti-dimensional TCSPC”. Proc. SPIE, in press, 2005

CZAKI, A., MAUBACH, G., GARWE, F., STEINBRÜCK, A., KÖNIG, K., FRITZSCHE, W.: „A Novel DNA Restriction Technology based onLaser Pulse Energy Conversion on Sequence-specific bound Metal Nanoparticles”. Proc. SPIE, in press, 2005

FRITZSCHE, W., CZAKI, A., STEINBRÜCK, A.,GARWE, F., KÖNIG, K., RASCHKE, M.: „MetalNanoparticles as Passive and Active Tools forBioanalytics”. Proc. SPIE, in press, 2005

HILD, M., KRAUSE, M. H. J., LÖW, U., RUPRECHT, K. W., RIEMANN, I., KÖNIG, K.:„Experimental Intraretinal Tissue Ablation usingFemtosecond-Laser Pulses”. Lasers in Manufacturing, Proc. WLT Munich,495-496, 2005

KÖNIG, K., RIEMANN, I., FRITSCHE, W., CZAKI,A., MAUBACH, G., GARWE, F.: „Nanoproces-sing of DNA with NIR Femtosecond Laser”. Lasers in Manufacturing, Proc. WLT Munich,501-504, 2005

KÖNIG, K., RIEMANN, I., EHLERS, A., KOBOW,J.: „In vivo Non-invasive Multiphoton Tomogra-phy of Human Skin with Subcellular Spatial andPicosecond Time Resolution to detect Bio- andChemohazards”.Proc. SPIE, in press, 2005

RIEMANN, I., ANHUT, T., STRACKE, F., LE HARZIC, R., KÖNIG K.: „Multiphoton Nano-surgery in Cells and Tissues”.Proc. SPIE, in press, 2005

RIEMANN, I., DIMITROW, E., KAATZ, M., FLUHR,J., ELSNER, J. P., KOBOW, J., KÖNIG, K.: „In vivoMultiphoton Tomography of Inflammatory Tissue and Melanoma“. Proc. SPIE 5686-20, 2005

RIEMANN, I., KILLI, A., ANHUT, T., LE HARZIC,R., MORGNER, U., KÖNIG, K.: „Imaging andNanosurgery of Biological Specimen with a NewDiode-pumped Femtosecond Laser at a Wave-length of 1040 nm”. Lasers in Manufacturing, Proc. WLT Munich,781-783, 2005

SCHUCK, H., LE HARZIC, R., ANHUT, T., BAUER-FELD, F., SAUER, D., VELTEN, T., KÖNIG, K.:„Processing of Polymers and Silicon by Means ofa Laser Scanning Microscope”. Lasers in Manu-facturing, Proc. WLT Munich, 535-537, 2005

ANHUT, T., RIEMANN, I., KÖNIG, K., LE HARZIC,R., KILLI, A., MORGNER, U.: „High-resolutionLaser-Scanning-Microscopy and Processing ofBiological and Technical Materials using a NewDiode-pumped Solid State Femtosecond Laserwith Cavity Dumping”. Vortrag anlässlich der FOM 2005in Jena (Thüringen), 20.-23.03.2005

BECKER, W., BERGMANN, A., BISKUP, C., RIEMANN, I., ANHUT, T., KÖNIG, K.: „Multi-Exponential Fluorescence Lifetime Imaging”. Vortrag anlässlich der FOM 2005 in Jena (Thüringen), 20.-23.03.2005

CZAKI, A., MAUBACH, G., GARWE, F., STEINBRÜCK, A., KÖNIG, K., FRITZSCHE, W.:„Sequence-specific bound Nanoparticles for aNovel Sub-Wavelength DNA Restriction Techno-logy based on Laser Pulse Energy Conversion”. Vortrag anlässlich der FOM 2005in Jena (Thüringen), 20.-23.03.2005

EHLERS, A., RIEMANN, I., ANHUT, T., KOBOW,J., KÖNIG, K.: „Multiphoton Tomography of Epidermis and Dermis”. Vortrag anlässlich der Photonics West in San Jose (USA), 22.-27.01.2005

EHLERS, A., RIEMANN, I., ANHUT, T., KOBOW,J., KÖNIG, K.: „Multiphoton Tomography ofSkin with Gradient Index-Lenses”. Vortrag anlässlich der FOM 2005 in Jena (Thüringen), 20.-23.03.2005

KOBOW, J., LE HARZIC, R., MARTIN, S., EHLERS,A., RIEMANN, I., KÖNIG, K.: „DermaInspect: Invivo High Resolution Multiphoton Tomographyof Human Skin”. Vortrag anlässlich der FOM 2005 in Jena (Thüringen), 20.-23.03.2005

KÖNIG, K.: „Multiphoton Tomography withSubcellular Resolution”. Vortrag anlässlich des First Scientific Skin Workshop in Reykjakvik (Island), 14.-15.01.2005

KÖNIG, K., RIEMANN, I., SCHUCK, H., SAUER,D., VELTEN, T., LE HARZIC, R.: „Time-resolvedand spectrally resolved 5D Multiphoton Microscopy for Analysis and Nanoprocessing ofMaterials”. Vortrag anlässlich der Photonics West in San Jose (USA), 22.-27.01.2005

KÖNIG, K., WANG, B., RIEMANN, I., KOBOW, J.:„Cornea Surgery with Nanojoule FemtosecondLaser Pulses”. Vortrag anlässlich der Photonics West in San Jose (USA), 22.-27.01.2005

KÖNIG, K.: „From a Physics Point of View: Are Femtosecond Lasers safe for Ophthalmic Applications?” Vortrag anlässlich des 6th International Congress of Wavefront Sensing & OptimizedRefractive Correctionsin Athen (Griechenland), 11.-13.02.2005

KÖNIG, K.: „Multiphoton Systems for Nanopro-cessing and Tomography of Biological Tissues”.Vortrag anlässlich der FOM 2005 in Jena (Thüringen), 20.-23.03.2005



KÖNIG, K.: „In vivo Multiphoton Time-resolvedFluorescence/SHG Imaging in Human Skin”. Vortragin Berkeley (USA), 2005

KÖNIG, K.: “High Resolution In vivo Multipho-ton Tomography Melanoma”.Vortrag anlässlich des 6th World Congress onMelanomain Vancouver (Kanada), 06.-10.09.2005

LE HARZIC, R., MARTIN, S., KOBOW, J., RIEMANN, I., KÖNIG, K.: „Femtocut: A Systemfor Nanoprocessing with Femtosecond LaserPulses”. Vortrag anlässlich der FOM 2005 in Jena (Thüringen), 20.-23.03.2005

RIEMANN, I., EHLERS, A., REIF, A., KOBOW, J.,KÖNIG, K.: „In vivo Multiphoton Tomography ofSkin as a Tool to study the Effects of topicallyapplied Probes and UV Exposure”. Vortrag anlässlich der Photonics West in San Jose (USA), 22.-27.01.2005

RIEMANN, I., ANHUT, T., STRACKE, F., SAUER,D., MARTIN, S., KÖNIG, K.: „Multiphoton indu-ced Nano- and Microprocessing in Cells and Tissues”. Vortrag anlässlich der FOM 2005in Jena (Thüringen), 20.-23.03.2005

SCHENKE-LAYLAND, K., RIEMANN, I., KÖNIG,K.: „Non-invasive Multiphoton Imaging as veryuseful Diagnostic Technology for CardiovascularResearch”. Vortrag anlässlich der FOM 2005in Jena (Thüringen), 20.-23.03.2005

SCHUCK, H., VELTEN, T., ANHUT, T., SAUER, D.,BAUERFELD, F., LE HARZIC, R., KÖNIG, K.: „Multiphoton assisted Micro- and Nano-processing of Materials“2005

STRACKE, F., RIEMANN, I., ANHUT, T., SAUER,D., KÖNIG, K.: „Two-Photon Spectral Imagingand Tomography: Application in BiomedicalScience”. Poster anlässlich der FOM 2005 in Jena (Thüringen), 20.-23.03.2005

WANG, B., RIEMANN, I., SCHUBERT, H., KIRSTE,S., KÖNIG, K.: „In vivo Animal Follow-up Stu-dies on Intrastromal Surgery with Near InfraredNanojoule Femtosecond Laser Pulses”. Poster anlässlich der Photonics West in San Jose (USA), 22.-27.01.2005

WANG, B., RIEMANN, I., HALBHUBER, K.-J.,SCHUBERT, H., KIRSTE, S., KÖNIG, K.: „Application of Multiphoton AutofluorescenceImaging (MAI) and Second Harmonic Generati-on (SHG) excited by Near Infrared FemtosecondNanojoule Laser Pulses in Intrastromal Surgerywith Rabbits“. Vortrag anlässlich der FOM 2005 in Jena (Thüringen), 20.-23.03.2005

Arbeitsgruppe Miniaturisierte Systeme

GAO, J.: „Travelling Magnetic Field for homogeneous wireless PowerTransmission”. IEEE Transactions on Power Delivery, 2005

NIERLICH, M., STEINMETZ, O.: „ManipulatingBiological Cells with a Micro-Robot Cluster“.IROS 2005

NIERLICH, M., STEINMETZ, O.: „A Specific Integrated Controller for Nanomicroscopy andCellular Manipulation”.ISCAS 2005

NIERLICH, M., STEINMETZ, O.: „A MonolithicControl Circuit for a 1cm3 Microrobot for Biological Experiments”.Asian Solid-State Circuits Conference, IEEE A-SSCC, 2005

NIERLICH, M., STEINMETZ, O.: „An IntegratedController for a Flexible and Wireless AtomicForce Microscopy”.Proc. SPIE 2005 - Microtechnologies for theNew Millennium 2005

VELTEN, T., RUF, H. H., KNOLL, T., KOCH, T.,SCHOLZ, O., WOLFF, A., BEISKI, B. Z.: „Intelli-gent Intraoral Drug Delivery Microsystem“.2005

CASANOVA, R., LACORT, DIEGEUEZ, J., ARBAT,A., PUIG, M., SAMITIER, J., NIERLICH, M., STEINMETZ, O., SCHOLZ, O.: „A Specific Integrated Controller for Nanomicroscopy andCellular Manipulation”. Vortrag anlässlich der Annual Conference of theIEEE International Society of Circuits and Sensors (ISCAS)in Kobe (Japan), 23.-26.05.2005

GAO, J.: „Inductive Power Transmission forUntethered Micro-Robots”. Vortrag anlässlich der 31st Annual Conferenceof the IEEE Industrial Electronics Society, Sheraton, Capital Centerin Raleigh (North Carolina, USA), Proc. 06.-10.11.2005

KIM, S., SCHOLZ, O.: „Implantable Active Telemetry System using Microcoils”.Vortrag anlässlich der 27th International Conference of the IEEEEngineering in Medicine and Biology Society(EMBS), Proceedingin Shanghai (China), 01.-04.09.2005

SCHOLZ, O.: „State-of-the-art in “Wireless” forBiomedical Applications”.Vortrag anlässlich des International CooperationForum on Wireless Systems for BiomedicalApplications & Devices, MEDICS-Workshopin Sulzbach (Saarland), 26.05.2005

STEINMETZ, O., SCHUCK, H., SCHOLZ, O.,KOCH, K.-P., BEISKI, B. Z., WOLFF, A., VELTEN,T.: „Saliwell Study Group: Miniaturisierter Sen-sor zur Bestimmung der Nässe der Mundhöhle“. Vortrag anlässlich des Mikrosystemtechnik-Kongress 2005in Freiburg (Baden-Württemberg), 12.10.2005

TAGLIARENI, F., NIERLICH, M., STEINMETZ, O.,VELTEN, T., BRUFAU, J., LOPEZ-SANCHEZ, J.,PUIG-VIDAL, M., SAMITIER, J.: „ManipulatingBiological Cells with a Micro-robot Cluster”.Vortrag anlässlich der International Conferencefor Intelligent Robots and Systemsin Edmonton (Kanada), 02.-06.08.2005

Arbeitsgruppe Magnetische Resonanz

GRENACHER, L., HEYE, T., KUNTZ, C., PALMOWSKI, M., AUTSCHBACH, F., MANZ, B.,BENECKE, M., VOLKE, F., KAUFFMANN, G. W.,DÜX, M.: „Experimental Testing of a New CoilDesign for Endoluminal MRI applied to the PigStomach.”RöFo - Fortschritte auf dem Gebiet der Röntgen-strahlen und der bildgebenden Verfahren 177 (7),986-991, 2005

KALUZHNAYA, O. V., BELIKOV, S. I., ROTHENBERGER, M., SCHRÖDER, H. C., REIBER,A., KAANDORP, J. A., MANZ, B., MIETCHEN, D.,VOLKE, F.: „Magnetic Resonance Imaging of theSiliceous Skeleton of the Demosponge Lubomirskia baicalensisJournal of Structural Biology, in press

MANZ, B., MÜLLER, K., KUCERA, B., VOLKE, F.,LEUBNER-METZGER, G.: „Water Uptake andDistribution in Germinating Tobacco Seeds investigated in vivo by Nuclear Magnetic Resonance Imaging (MRI)”.Plant Physiology 138, Juli 2005

MIETCHEN, D., KEUPP, H., MANZ, B., VOLKE, F.:„Non-invasive Diagnostics in Fossils – MagneticResonance Imaging of Pathological Belemnites”.Biogeosciences, 2, 133-140, 2005

VOLKE, F.: „MRI-Endoscope and MR-compatibleCatheter Systems“.Z. Allg. Med, 81: 9-11, 2005

ZIMMERMANN, H., ZIMMERMANN, D., REUSS,R., FEILEN, P. J., MANZ, B., KATSEN, A., WEBER,M., IHMIG, F. R., EHRHARDT, F., GEßNER, P.,BEHRINGER, M., STEINBACH, A., WEGNER, L.H., SUKHORUKOV, V. L., VASQUEZ, J. A.,SCHNEIDER, S., WEBER, M. M., VOLKE, F.,WOLF, R., ZIMMERMANN, U.: „Towards a medically approved Technology for Alginate-based Microcapsules allowing long-term Immunoisolated Transplantation”.Journal of Materials Science, Materials in Medicine 16 (6), 491-501, 2005



MANZ, B., NEU, T. R., VOLKE, F., HORN, H.:„Combined Application of EL, CLSM and MRIfor the Analysis of Microbial Biofilms”. Vortrag anlässlich der Focus on Microscopy2005, Friedrich Schiller University, Jena, in Jena (Thüringen), 20.-23.03.2005

MIETCHEN, D., JAKOBI, J., RICHTER, H.-P.,MANZ, B., VOLKE, F.: „Jelly Coat, Cell Shapeand Cleavage Plane Reorientation in Xenopusearly Embryos”. Vortrag anlässlich der Focus on Microscopy2005, Friedrich Schiller University, Jena,in Jena (Thüringen), 20.-23.03.2005

VOLKE, F.: „In vivo Imaging”. Nano2Life SRP Leaders Meeting, Schiphol,Amsterdam in Amsterdam (Niederlande), August 2005

VOLKE, F.: „ Small can be wonderful”. NRC-Canada, Institute for Biodiagnostics, Winnipeg in Winnipeg (Kanada), 30.07.-07.08.2005

VOLKE, F.: „µ-NMR and MRI Technology andApplications, Cell-Sorting, Cryo-Conservation,and Drug Delivery Systems”. NRC-Canada, Institute for Biodiagnostics, Winnipegin Winnipeg (Kanada), 30.07.-07.08.2005

Abteilung Biohybride Systeme

Arbeitsgruppe Zell-basierte Sensorik & Biomonitoring

ANGELINI, C., ALUIGI, M. G., SGRO, M., TROMBINO, S., THIELECKE, H., FALUGI, C. „CellSignalling during Sea Urichin Development: A Model for Assessing Toxicology of Environ-mental Contaminats”.in „Echinodermata - Series: Progress in Molecu-lar and Subcellular Biology - Subseries: MarineMolecular Biotechnology” (ed: MATRANGA, V.), Springer Verlag, Heidelberg, 45-70 (2005)

BARTHOLOMÄ, P., IMPIDJATI, A., REININGER-MACK, A., ZHANG, Z., THIELECKE, H., ROBITZKI, A. A.: „More Aggressive Breast Can-cer Spheroid Model coupled to an ElectronicCapillary Sensor System for a High-content Screening of Cytotoxic Agents in Cancer Therapy: 3-Dimensional in vitro Tumor Spheroids as a Screening Model”. Journal of Biomolecular Screening, im Druck(2005)

BARTHOLOMÄ, P., GORJUP, E., MONZ, D., REININGER-MACK, A., THIELECKE, H., ROBITZKI, A.: „Three Dimensional in vitro Re-Aggregates of Embryonic Chick Car-diomyocytes: A Potential Pharmacological Screening Model”. Journal of Biomolecular Screening, im Druck(2005)

CHO, S., THIELECKE, H.: „Design of ElectrodeArray for Impedance Measurement of Lesions inArteries”. Physiological Measurement 26, S19-26 (2005)

CHO, S., THIELECKE, H.: „Simulated Impedanceof Atheroma versus Position of ElectrodeArray”.Vortrag anlässlich des FEM Workshops in Ulm (Deutschland), 20.-24.09.2005Proceedings, 351-354 (2005)

CHO, S., THIELECKE, H.: „Micro Hole-basedSingle Cell Chip”. Vortrag anlässlich der EMBEC’05 Konferenzin Prag (Tschechien), 20.-25.11.2005Proceedings (2005)

CHO, S., THIELECKE, H.: „In vitro Monitoring ofL929 Cells Growth using Impedance Spectros-copy”. Vortrag anlässlich der EMBEC’05 Konferenzin Prag (Tschechien), 20.-25.11.2005Proceedings (2005)

IMPIDJATI, A., LEONARD, F., THIELECKE, H.: „Evaluation of a Capillary Measuring System forCharacterisation of Small Tissue Samples byImpedance Spectroscopy at higher Frequencies”. Vortrag anlässlich der Int. Conf. of IEEE-EMBSin Shanghai (China), 01.-04.09.2005Proceedings 4.4.1-4 [645] (2005)

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 Spec-troscopy using a New Catheter with IntegratedMicroelectrodes”. Basic Research in Cardiology 100, 28-34 (2005)

SÜSELBECK, T., THIELECKE, H., KÖCHLIN, J.,CHO, S., WEINSCHENK, I., METZ, J., BORGGREFE, M. HAASE, K. K.: „IntravascularElectric Impedance Spectroscopy of Athero-sclerotic Lesions using a New Impedance Catheter System”. Basic Research in Cardiology 100, 1435-1803(2005)

THIELECKE, H., IMPIDJATI, A., ZIMMERMANN,H., FUHR, G. R.: „Gentle Cell Handling with anUltra-slow Instrument: Creep Manipulation ofCells”. Microsystem Technologies 11, 1230-1241(2005)

THIELECKE, H.: „Impedanzsensorik für den Einsatz in Kathetersystemen und Endoskopen“. Vortrag anlässlich des Symposiums „Operations-saal der Zukunft: Sanftes Operieren mit innova-tiver Technologie“ in Verbindung mit demXXXV. Kongress der DGE-BVin Stuttgart (Baden-Württemberg), 09.03.2005

THIELECKE, H.: „Impedanzsensorik für den Einsatz in Kathetersystemen und Endoskopen“. Endoskopie heute 18, 108-109 (2005)

THIELECKE, H., IMPIDJATI, A., FUHR, G. R.:„Biopsy on Living Cells by Ultra-slow InstrumentMovement”. Journal of Physics: Condensed Matter, eingereicht (2005)

THIELECKE, H.: „Impedanzspektroskopie fürgewebebasierte Biosensoren“.Technisches Messen, eingereicht auf Einladung(2005)

THIELECKE, H., SÜSELBECK, T., CHO, S.,KOECHLIN, METZ, J.: „Evaluation of ImpedanceSpectroscopy for Intravascular Tissue Characteri-sation and Endoscopy”. Vortrag anlässlich der EMBEC’05 Konferenzin Prag (Tschechien), 20.-25.11.2005Proceedings (2005)

Arbeitsgruppe Molekulares Zell- & TissueEngineering

BALTHASAR, S., MICHAELIS, K., DINAUER, N.,VON BRIESEN, H., KREUTER, J., LANGER, K.:„Preparation and Characterisation of AntibodyModified Gelatin Nanoparticles as Drug CarrierSystem for Uptake in Lymphocytes.”Biomaterials 26, 2723-2732 (2005)

BARTHOLOMÄ, P., GORJUP, E., MONZ, D., REININGER-MACK, A., THIELECKE, H., ROBITZKI, A.: „Three Dimensional in vitro Re-Aggregates of Embryonic Chick Cardiomyocytes: A Potential PharmacologicalScreening Model”. J. Biomol. Screen., im Druck (2005)

BARTHOLOMÄ, P., IMPIDJATI, A., REININGER-MACK, A., ZHANG, Z., THIELECKE, H., ROBITZKI, A.: „A More Aggressive Breast Can-cer Spheroid Model coupled to an ElectronicCapillary Sensor System for a High-content Screening of Cytotoxic Agents inCancer Therapy: 3-Dimensional in vitro TumorSpheroids as a Screening Model.”J. Biomol. Screen., im Druck (2005)

BOUAZZAOUI, A., KREUTZ, M., EISERT, V., DINAUER, N., BRACHARZ, S., HEINZELMANN,A., HALLENBERGER, S., STRAYLE, J., RÜBSAMEN-WAIGMANN, H., ANDREESEN, R.,VON BRIESEN, H.: „Stimulated Trans-Acting Fac-tor of 50kD (Staf50) inhibits HIV-1 Replication inHuman Monocyte-derived Macrophages.”J. Virol., eingereicht (2005)

DINAUER, N., BALTHASAR, S., WEBER, C.,KREUTER, J., LANGER, K., VON BRIESEN, H.:„Selective Targeting of Antibody-conjugatedNanoparticles to Leukemic Cells and Primary T-Lymphocytes. “Biomaterials 26, 5898-5906 (2005)



DINAUER, N., BALTHASAR, S., KREUTER, J.,LANGER, K., VON BRIESEN, H.: „Cell Type Specific Targeting with Antibody ModifiedNanoparticles.”Poster anlässlich der Auftaktveranstaltung zurLeitinnovation NanoforLife des BMBFin Dortmund (Nordrhein-Westfalen),26.01.2005

HOLZER, M., ANHORN, M., LANGER, K., KREUTER, J., VOGEL, V., MÄNTELE, W.,ROTHWEILER, F., MICHAELIS, M., WAGNER, S.,VON BRIESEN, H., HINDEL, S., SCHWARTZ, D.:„Nanopartikuläre Arzneistoffsysteme für diegezielte Tumortherapie“.Posterpräsentation anlässlich des 2. BMBF Symposiums Nanobiotechnologiein Hannover (Niedersachsen), 18.-19.10.2005

SCHWEDAT, A., VON BRIESEN, H.: „Untersu-chungen zum rezeptorvermittelten Transportvon Nanopartikeln mit Potenzial zum Hirn-Targeting.“Vortrag anlässlich des 7. Blut-Hirn-SchrankeExpertentreffensin Bad Herrenalb (Baden-Württemberg), 02.-04.05.2005

STIEGLITZ, T., MONZ, D., KOCH, K. P.: „Über dieZell-Material-Schnittstelle von Neuroprothesen".MP Materialprüfung, Heft 3, 101-105 (2004)

VON BRIESEN, H.: „Controlled Release of Antiretrovirals.“J. Pharma. Pharmacol. 57 (Supplement), 111(2005)

VON BRIESEN, H.: „Drug Targeting of AntiviralCompounds using Nanoparticles”.Vortrag als invited speaker anlässlich der 142ndBritish Pharmaceutical Conference (BPC)in Manchester (Großbritannien), 26.-28.09.2005

Abteilung Medizintechnik & Neuroprothetik

FEILI, D., KOCH, K. P., HOFFMANN, K.-P.: „Deve-lopment of Low-Cost all Polymer Microelectro-des for Use in Neural Prosthetics Application”. Biomedizinische Technik, Band 50, Ergänzungs-band 1Proceedings, 1531-1532 (2005)

FEILI, D., SCHÜTTLER, M., KOCH, K. P., STIEGLITZ, T., HOFFMANN, K.-P.: „Organic FieldEffect Transistors for Neural Stimulation – In vivoTests”. Vortrag anlässlich der 10th Annual Conferenceof the International Functional Electrical Stimu-lation Society in Montreal (Kanada), 397-399, Juli 2005

FEILI, D., SCHUETTLER, M., KOCH, K. P., STIEGLITZ, T., HOFFMANN, K.-P.: „Organic FieldEffect Transistors for Neural Stimulation – Invitro Tests”. Vortrag anlässlich der 10th Annual Conferenceof the International Functional Electrical Stimu-lation Society in Montreal (Kanada), 394-396 (2005)

FEILI, D., SCHUETTLER, M., DOERGE, T., KAMMER, S., STIEGLITZ, T.: „Encapsulation ofOrganic Field Effect Transistors for Flexible Biomedical Microimplants”.Sensors and Actuators A, 120, 101-109 (2005)

GROSSE HOLTHAUS, KAMMER, S., HANAUER,M., KOCH, K. P., HOFFMANN, K.-P.: „Investigati-ons of Adhesion and Encapsulation Propertieson Hybrid Cuff Electrodes used Materials in in vitro Experiments”.Biomedizinische Technik, Band 50, Ergänzungs-band 1Proceedings,1563-1564 (2005)

HOFFMANN, K.-P., FEILI, D., RAMACHANDRANA., KOCH K. P.: „Development of ImplantableMicroelectrodes using Converging Technolo-gies”. Biomedizinische Technik, Band 50, Ergänzungs-band 1Proceedings, 1557-1558 (2005)

HOFFMANN, K.-P., KOCH, K. P., STIEGLITZ, T.:„Implantable Microelectrodes as an Interface tothe Peripheral Nervous System”. Biomedizinische Technik, Band 50, Ergänzungs-band 1Proceedings, 844-845 (2005)

HOFFMANN, K.-P.: „Neuroprothetics: A Comprehensive Study of the Initiative MicroMedicine for an Emerging Application Field”. Biomedizinische Technik, Band 50, Ergänzungs-band 1 Proceedings, 804-805 (2005)

HOFFMANN, K.-P.: „Converging Technologies inEducation“. Biomedizinische Technik, Band 50, Ergänzungs-band 1 Proceedings, 683-684 (2005)

HOFFMANN, K.-P., KOCH, K. P., RUFF, R.: „Development of a Measurement Device to characterise Surface Electrodes for a 24-7 Moni-toring”.Biomedizinische Technik, Band 50, Ergänzungs-band 1 Proceedings, 437-438 (2005)

HOFFMANN, K.-P., DEHM, J. (Hrsg.): „VDE-Studie zum Anwendungsfeld Neuroprothetik“,VDE Frankfurt (Hessen), 2005

HOFFMANN, K.-P., KOCH, K. P., DÖRGE, T.:„Schnittstelle zwischen Biologie und Technik:Implantierbare Mikroelektroden“Inno, 31Proceedings, 8-9 (2005)

HOFFMANN, K.-P., STIEGLITZ, T.: „Neural Interfaces to the Peripheral and Central NervousSystem”. Neuroboticsin Lucca (Italien), 08.10.2004

HOFFMANN, K.-P.: „Implantierbare Mikroelek-troden für den Einsatz in der Neuroprothetik“. Medica Vision in Düsseldorf (Nordrhein-Westfalen),25.11.2004

HOFFMANN, K.-P.: „Deutschland als technologi-scher Vorreiter - Welche Innovationspotenzialehat die deutsche Industrie (noch) zu bieten?Schwerpunkt Biotechnik und Biomedizin.“ Podiumsdiskussion zur Hannovermesse in Hannover (Niedersachsen), 12.04.2005

HOFFMANN, K.-P.: „Trends in Neuroprosthetics.Cognitive Technical Systems in Health and Medicine”.Pre-Symposium to BMT 2005 and ICMP 2005in Nürnberg (Bayern), 12.-13.09.2005

JOSEPH, C., MEYER, C., SCHWEIGMANN, M.,RUFF, R., KOCH, K. P.: „Simulation and in vitroInvestigations of the Penetration Behaviour ofFlexible Microelectrodes into Neural Tissue”.Biomedizinische Technik, Band 50, Ergänzungs-band 1Proceedings, 1565-1566 (2005)

KOCH, K. P.:„Application and Construction ofMicroimplants in Neuroprosthetic”.Vortrag anlässlich des Heraeus Workshops:Medicine Technology in Hanau (Hessen), 02.05.2005

KOCH, K. P., KAMMER, S., BOEHLER, G., HANAUER, M., HOFFMANN, K. P.: „Hybrid CuffElectrode for Recording Nerve Signals fromSacral Nerves“.Biomedizinische Technik, Band 50, Ergänzungs-band 1Proceedings, 82-83 (2005)

KOCH, K. P., SCHOLZ, O., KIEFER, S.: „Modula-res Implantatekonzept“.Vortrag anlässlich des Würzburger Medizin-technik Kongresses, 09.-11.05.2005Proceedings, 308-310 (2005)

KOCH, K.-P.: „Microfabrication of Neuro-prostheses“.Biomedizinische Technik, Band 50, Ergänzungs-band 1Proceedings, 810-811 (2005)



KRUEGER, T. B., BECKER, S., HOFFMANN, K.-P.,STIEGLITZ, T.: „Testing Procedures for Safe Cell Stimulation Parameters with Microelectrodesusing Living Cells”.Vortrag anlässlich der 10th Annual Conferenceof the International Functional Electrical Stimu-lation Society in Montreal (Kanada), 358-360 (2005)

KRUEGER, T. B., LIMBERGER, A., MENGER, M.D., SCHILLING, M. K., LOEW, T., STIEGLITZ, T.,HOFFMANN, K. P.: „Telemetric Long-term Monitoring and Intraoperative Optical Surveil-lance of Motility in the Small Intestine”. Biomedizinische Technik, Band 50, Ergänzungs-band 1Proceedings, 582-583 (2005)

RAMACHANDRAN, A., SACRISTAN, J., LAGO,N., DÖRGE, T., NAVARRO, X., OSÉS, M. T.,KOCH, K. P., HOFFMANN, K.-P.: „MultipolarCuff Electrodes with Integrated Pre-amplifier &Filter to Interface Peripheral Nerves for FES”. Vortrag anlässlich der 10th Annual Conferenceof the International Functional Electrical Stimu-lation Society in Montreal (Kanada), 179-179, Juli 2005

RAMACHANDRAN, A., KAMMER, S., HANAUER, M., KOCH, K. P., HOFFMANN, K.-P.:„Trends in Process Optimisation of Polyimide-based Microdevices for Implantable Neuro-prosthetic Application“.Biomedizinische Technik, Band 50, Ergänzungs-band 1Proceedings, 1559-1560 (2005)

SCHUETTLER, M., DOERGE, T., WIEN, S. L.,BECKER, S., STAIGER, A., HANAUER, M., KAMMER, S., STIEGLITZ, T.: „Cytotoxicity of Platinum Black.” Vortrag anlässlich der 10th Annual Conferenceof the International Functional Electrical Stimu-lation Societyin Montreal (Kanada), 343-348, Juli 2005

STIEGLITZ, T., MONZ, D., KOCH, K. P.: „Über dieZell-Material-Schnittstelle von Neuroprothesen“. Materialprüfung 47, 101-105 (2005)

STIEGLITZ, T., KOCH, K. P., SCHUETTLER, M.:„Flexible, Polyimide-based Modular ImplantableBiomedical Microsystems for Neural Prostheses”. IEEE Engineering in Medicine and Biology Magazine Proceedings (2005), in press

SUESSELBECK, T., THIELECKE, H., WEINSCHENK,I., REININGER-MACK, A., STIEGLITZ, T.: „In vivoIntravascular Electric Impedance Spectroscopyusing a New Catheter with Integrated Micro-electrodes”. Basic Res Cardiol 100, 28-34 (2005)

Abteilung Molekulare Bioanalytik & Bioelektronik

BIER, F. F: „Biochips erobern den Markt“.Vortrag anlässlich der Übergabe des Leucht-turmprojektes „BioHyTec-Onkochip“in Berlin (Berlin), 04.02.2005

BIER, F. F.: „Biochips and BioMEMS for Analysisand Medical Diagnostics“.Vortrag anlässlich der „µ-sys Microsystems Technology Solution for the Market“in Berlin (Berlin), 07.-08.03.2005

BIER, F. F.: „Biochips und Nanobiotechnologiefür Analytik und molekulare Diagnostik“.Vortrag anlässlich des Deutschen BiosensorSymposiumsin Regensburg (Bayern), 13.-16.03.2005

BIER, F. F.: „Biochips and BioMEMS for Analysisand Medical Diagnostics“.Vortrag anlässlich der International Conferenceon Ceramic Interconnect and Ceramic Micro-system Technologies (CICMT) – Industrial Workshopin Baltimore (USA), 12.04.2005

BIER, F. F: „Biochips for Medical Diagnostics“.Vortrag anlässlich des Kolloquiums des Institutsfür Halbleiterphysik (IHP)in Frankfurt/Oder (Brandenburg), 25.05.2005

BIER, F. F.: „Why is Nanotechnology Future Technology for Life Sciences?“.Vortrag anlässlich der CellPROM Summer Schoolin Barcelona (Spanien), 13.-15.06.2005

BIER, F. F.: „Immobilisation of Macromolecules“.Vortrag anlässlich der CellPROM Summer Schoolin Barcelona (Spanien), 13.-15.06.2005

BIER, F. F., EHRENTREICH-FÖRSTER, E., GAJOVIC-EICHELMANN, N.: „Biosensoren und Biochip –Analytik mit immobilisierten Molekülen“.Vortrag anlässlich des 2. Jenaer Technologietagsin Jena (Thüringen) 12.09.2005

BIER, F. F.: „Microsystems in Biotechnology“.Artikel in der mstnews, S I/05 – März 2005, 22(2005)

GAJOVIC-EICHELMANN, N., BIER, F. F.: „Nanobiotechnologie“. In: Handbuch Biotechnologie (Herausg. Franken,Kroth, Lippert, Peine, Ratzel), Economica Verlag,Heidelberg, CV3510 S.1-28 (2005)

Arbeitsgruppe Biosensorik

ANDRESEN, H., ZARSE, K., GRÖTZINGER, C.,BIRRINGER, M., KREUZER, O.J., EHRENTREICH-FÖRSTER, E., BIER, F. F.: „Detection of Anti-bodies against Viral Antigens by Peptide Chips“.Poster anlässlich des Deutschen Biosensor Symposiums in Regensburg (Bayern), 13.-16.03.2005

GAJOVIC-EICHELMANN, N., BIER, F. F.: „NovelElectrochemical Assay for H2O2 Determination inAqueous Solutions: A non Time-critical Methodfor H2O2 Trace Level Detection".Electroanalysis 17, 1043-1050 (2005)

GAJOVIC-EICHELMANN, N., NAGEL, T., BIER, F. F.: „Ultradünne elektropolymerisierte Sensor-schichten für Proteinarrays und Biosensoren“.Poster anlässlich des Deutschen Biosensor Symposiums in Regensburg (Bayern), 13.-16.03.2005

NAGEL, T., HEISE, C., EHRENTREICH-FÖRSTER,E., SINGH, M., BIER, F. F.: „Label-free Detectionof Tuberculosis Infection in Blood Serum“.Vortrag anlässlich des Deutschen BiosensorSymposiums in Regensburg (Bayern), 13.-16.03.2005

NAGEL, T., GAJOVIC-EICHELMANN, N., DANZ,N., BIER, F. F.: „A New Polymer Coating for SPR-Chips“.Poster anlässlich der GBM Tagung, DOI:10.1240/sav_gbm_2005_h_001331in Berlin (Berlin), 18.-21.09.2005

PFEIFER, R., GAJOVIC-EICHELMANN, N., BIER, F. F.: „Novel Electrochemical Flow-Immunoassayfor HCG“.Poster anlässlich der GBM Tagung, DOI:10.1240/sav_gmb_2005_h_001415in Berlin (Berlin), 18.-21.09.2005

REISS, E., HENKEL, J., EHRENTREICH-FÖRSTER,E., BIER, F. F.: „Spottingmethoden auf dem Prüfstand – Qualitätsmerkmale und Qualitäts-kontrolle für die Herstellung von Mikroarrays“. Poster anlässlich des Deutschen Biosensor Symposiums in Regensburg (Bayern), 13.-16.03.2005

ZARSE, K., ANDRESEN, H., GRÖTZINGER, C.,KREUZER, O. J., HOLLIDT, J. M., EHRENTREICH-FÖRSTER, E., BIER, F. F.: „Peptide Microarrays forthe Identification of Immunodominant Epitopesin Autoimmune Diseases“.Poster anlässlich des Deutschen Biosensor Symposiums in Regensburg (Bayern), 13.-16.03.2005



Arbeitsgruppe Nanobiotechnologie

BIER, F. F.: „Nanobiotechnological Signal Transduction“.Vortrag anlässlich des Symposiums „From inorganic-organic hybrid materials to technical-biological hybrid devices“ in Delmenhorst (Niedersachsen), 01.-02.07.2005

GORIS, T., VON NICKISCH-ROSENEGK, M., BIER,F. F.: „Construction of cDNA Templates as aBasis for Homologous and Linear Amplificationof RNA“.Poster anlässlich der GBM Tagung, DOI:10.1240/sav_gmb_2005_h_001342in Berlin (Berlin), 18.-21.09.2005

HÖLZEL, R.: „Detection System for CellularCoherent Vibrations“.Vortrag anlässlich des Symposiums „Coherenceand electromagnetic fields in biologicalsystems“ in Prag (Tschechien), 01.-04.07.2005Abstract Book, 86 (2005)

HÖLZEL, R., CALANDER, N., CHIRAGWANDI, Z.,WILLANDER, M., BIER, F. F.: „Trapping SingleMolecules by Dieelectrophoresis“.Physical Review Letters, 95: 128102 (2005)

MARSCHAN, X., VON NICKISCH-ROSENEGK,M., BIER, F. F.: „Integration of the One-Step Reverse Transcription PCR by On-Chip-PCR onOligonucleotide-based Microarrays“.Poster anlässlich der GBM Tagung, DOI:10.1240/sav_gbm_2005_h_000784in Berlin (Berlin), 18.-21.09.2005

MARSCHAN, X., VON NICKISCH-ROSENEGK,M., BIER, F. F.: „Integration of the One-StepReverse Transcription PCR by On-Chip-PCR onOligonucleotide-based Microarrays“. Journal Molecular Biology (submitted)

REISS, E., HÖLZEL, R., VON NICKISCH-ROSENEGK, M., BIER, F. F.: „Directed Single-stranded DNA-Synthesis via Rolling Circle Ampli-fication in an Alternating Electric Field“.Poster anlässlich der GBM Tagung, DOI:10.1240/sav_gbm_2005_h_001337in Berlin (Berlin), 18.-21.09.2005

STEFFEN, J., VON NICKISCH-ROSENEGK, M.,BIER, F. F.: „In vitro Transcription of a WholeGene on a Surface-coupled Template“.Poster anlässlich des 56. Mosbacher Kolloquiums in Mosbach (Baden-Württemberg), 30.03.-02.04.2005

STEFFEN, J., VON NICKISCH-ROSENEGK, M.,BIER, F. F.: „In vitro Transcription of a WholeGene on a Surface-coupled Template“.Poster anlässlich der GBM Tagung, DOI:10.1240/sav_gbm_2005_h_001332in Berlin (Berlin), 18.-21.09.2005

STEFFEN, J., VON NICKISCH-ROSENEGK, M.,BIER, F. F.: „In vitro Transcription of a WholeGene on a Surface-coupled Template“.Lab Chip, 5, 665-668 (2005)

STEFFEN, J., VON NICKISCH-ROSENEGK, M.,BIER, F. F.: „RNA- und Proteinsynthese auf Oberflächen“.Online-Veröffentlichung in der AktuellenWochenschau der GDCh Fachgruppe Analyti-sche Chemie, http://www.aktuelle-wochenschau.de/woche37/woche37.html

TESCHKE, T., VON NICKISCH-ROSENEGK, M.,BIER, F. F.: „A Plasma Membrane Anchor forextracellularly Expressed Proteins“Poster anlässlich der GBM Tagung, DOI:10.1240/sav_gmb_2005_h_001336in Berlin (Berlin), 18.-21.09.2005

VON NICKISCH-ROSENEGK, M., BIER, F. F.: „Synthetic Zinc Fingers as Probes to Double-stranded DNA“.Poster anlässlich der NanoBionics III Konferenz in Marburg (Hessen), 04.-08.04.2005

VON NICKISCH-ROSENEGK, M.: „On-chip PCRAmplification of very Long Templates usingImmobilized Primers on Glassy Surfaces“.Biosensors and Bioelectronics, 20, 1491-1498(2005)

VON NICKISCH-ROSENEGK, M., EHRENTREICH-FÖRSTER, E., STREHLOW, R., CHRISTMANN, A.,BIER, F. F.: „Chemically Synthesized Zinc FingerMolecules as Nano-addressable Probes forDouble-stranded DNAs“.Journal Nanobiotechnology 29; 3(1):5 (2005)

Arbeitsgruppe Biochiptechnologie

ANDRESEN, H.: „Development of Peptide Chipsfor Biomedical Applications“.Poster anlässlich des Statusseminars der DECHEMA „Chiptechnologien: Technologienund Anwendungen“ in Frankfurt a.M. (Hessen), 03.-04.02.2005

ANDRESEN, D.: „Development of Multiplex On-chip-PCR and their Use in Diagnostic Applications“.Poster anlässlich des Statusseminar der DECHEMA „Chiptechnologien: Technologienund Anwendungen“ in Frankfurt a.M. (Hessen), 03.-04.02.2005

ANDRESEN, H., ZARSE, K., GRÖTZINGER, C.,BIRRINGER, M., KREUZER, O.J., EHRENTREICH-FÖRSTER, E., BIER, F. F.: „Development of Peptide Chips for Biomedical Applications“.Poster anlässlich des Kongresses Screening Europe in Genf (Schweiz), 13.-15.02.2005

ANDRESEN, H., ZARSE, K., GRÖTZINGER, C.,KREUZER, O. J., HOLLIDT, J. M., EHRENTREICH-FÖRSTER, E., BIER, F. F.: „Miniaturized Multiple-xed Immunoassays for Antibody Detection and Characterization with Peptide Microarrays“.Poster anlässlich der GBM Tagung, DOI:10.1240/sav_gbm_2005_h_001414in Berlin (Berlin), 18.-21.09.2005

ANDRESEN, D., VON NICKISCH-ROSENEGK, M.,BIER, F. F., KUHN, M.:„Development of a DNA-Chip for Detection of Pathogens in Poultry“.Poster anlässlich der GBM Tagung in Berlin (Berlin), 18.-21.09.2005

ANDRESEN, H., GRÖTZINGER, C., ZARSE, K.,BIRRINGER, M., HESSENIUS, C., KREUZER, O. J.,EHRENTREICH-FÖRSTER, E., BIER, F. F.: „PeptideMicroarrays with site-specifically ImmobilizedSynthetic Peptides for Antibody Diagnostics“. Sensors & Actuators B Chemical, in press

EHRENTREICH-FÖRSTER, E.: „Möglichkeiten zurHerstellung von Arrays unterschiedlicher Formen“.Vortrag anlässlich des GeSim-Anwender-seminarsin Großerkmannsdorf (Sachsen), 05.-06.04.2005

HENKEL, J., EHRENTREICH-FÖRSTER, E., BIER, F. F.: „Chip-based Immunoassays for Diagnosticof Autoimmmune Antibodies as an Alternativeto Cell-based Bioassays“.Poster anlässlich der GBM-Tagung, DOI:10.1240/sav_gmb_2005_h_001393in Berlin (Berlin), 18.-21.09.2005

MÜNCH, Y., EHRENTREICH-FÖRSTER, E., HENKEL, J., BIER, F. F.: „Development of a Protein Chip for the Detection of antigliadinAutoimmune Antibodies“.Poster anlässlich der GBM-Tagung, DOI:10.1240/sav_gbm_2005_h_001417in Berlin (Berlin), 18.-21.09.2005

NAGEL, T., GAJOVIC-EICHELMANN, N., DANZ,N., BIER, F. F.: „ A New Polymer Coating for SPR-Chips“.Poster anlässlich des 5. International Symposiums on Advanced Organic Photonics in Jena (Thüringen), 13.-14.10.2005



Abteilung Zelluläre Biotechnologie & Biochips, Berlin

DUSCHL, C.: „Offene Fragen der Biophysik -Neue Felder der Biotechnologie“.Vortrag im Rahmen der Ringvorlesung „Biophy-sik im Überblick“ am Institut für Biologie derHumboldt-Universität zu Berlin in Berlin (Berlin), 05.01.2005

DUSCHL, C.: „Devices for the Manipulation andAnalysis of Cells and Biological Particles”.Vortrag anlässlich des Besuches der Laser- undMedizin-Technologie GmbH in Berlin (Berlin), 12.01.2005

DUSCHL, C.: „Devices for the Manipulation andAnalysis of Cells and Biological Particles”.Vortrag anlässlich des Besuchs des DeutschenRheuma-Forschungszentrums in Berlin (Berlin), 03.05.2005

DUSCHL, C.: „Projekte am Fraunhofer-Institutfür Biomedizinische Technik”.Vortrag anlässlich des Besuchs des Fraunhofer-Instituts für Toxikologie und ExperimentelleMedizin (ITEM) in Hannover (Niedersachsen), 11.05.2005

DUSCHL, C.: „Mikrosystem- und Nanotechnolo-gie in der Medizin und der Biotechnologie”.Vortrag anlässlich des “Tags der offenen Tür imnanoTruck”, Fachhochschule München in München (Bayern), 08.06.2005

DUSCHL, C.: „Devices for the Manipulation andAnalysis of Cells and Biological Particles”.Vortrag anlässlich des Besuchs des Lehrstuhls fürAngewandte Physik/Biophysik der Ludwig-Maximilians-Universität München in München (Bayern), 03.06.2005

DUSCHL, C., JÄGER, M., MARSCHNER, C.,BÖTTCHER, M., GEGGIER, P., MÜLLER, T.,SCHNELLE, T.: „Dielectrophoresis and Micro-fluidics: Key Methods for Modern Cellular Biotechnology”.Vortrag anlässlich des Mikrosystemtechnik Kongress 2005 in Freiburg (Baden-Württtemberg), 12.10.2005

DUSCHL, C.: „Devices for the Manipulation andAnalysis of Cells and Biological Particles”.Vortrag anlässlich des Besuchs des Centre Suissed'Electronique et de Microtechnique SA - CSEM in Neuchâtel (Schweiz), 13.10.2005

Arbeitsgruppe Lab-On-Chip-Technologie

BAKER, A., LANAGAN, M., RANDALL, C.,SEMOUCHKINA, E., SEMOUCHKIN, G., RAJAD,K., MITTRA, R., EITEL, R., RHEE, S., GEGGIER, P.,DUSCHL, C., FUHR, G. R.: „Integration Con-cepts for the Fabrication of LTCC Structures“. Int. J. Appl. Ceram. Technol. (2005), eingereicht

FELTEN, M., GEGGIER, P., JÄGER, M., DUSCHL,C.: „Controlling Electrohydrodynamic Pumpingin Microchannels through defined TemperatureFields“. Appl. Phys. Lett. (2005), eingereicht

FELTEN, M., GEGGIER, P., JÄGER, M., STUKE,M.: „Controlling Electrohydrodynamic Pumpingin Microchannels through defined TemperatureFields“. Vortrag anlässlich des Workshops DFG-SPP1164: Nano- und Mikrofluidik in Bad Honnef (Nordrhein-Westfalen),18.08.2005

FELTEN, M., DUSCHL, C., JÄGER, M., GEGGIER,P., STUKE, M.: „Electrohydrodynamic Pumpingof Fluids in Microchannels“. Poster beim Workshop DFG-SPP 1164: Nano- und Mikrofluidik in Bad Honnef (Nordrhein-Westfalen), 17.-19.08.2005

GAST, F.-U., DITTRICH, P. S., SCHWILLE, P., WEIGEL, M., MERTIG, M., OPITZ, J., QUEITSCH,U., DIEZ, S., LINCOLN, B., WOTTAWAH, F.,SCHINKINGER, S., GUCK, J., KÄS, J., SMOLINS-KI, J., SALCHERT, K., WERNER, C., DUSCHL, C.,JÄGER, M., UHLIG, K., GEGGIER, P., HOWITZ, S.:„The Microscopy Cell (MicCellTM), a VersatileModular Flow-through System for Cell Biology,Biomaterial Research, and Nanotechnology“. Microfluidics and Nanofluidics (2005) http://www.springerlink.com/app/home/content.asp?wasp=89b2f8c0cd044ea49e7b7c6679847e8b&referrer=contribution&format=2&page=1&pagecount=16

JÄGER, M., GEGGIER, P., MARSCHNER, C.,BÖTTCHER, M., FELTEN, M., DUSCHL, C.:„Stress-free Processing of Cells in MultilaminarFlow Systems“. Vortrag anlässlich der 14. International Conference on Medical Physics (ICMP2005) in Nürnberg (Bayern), 14.09.2005

FELTEN, M., GEGGIER, P., DUSCHL, C.: „Nutzung hochfrequenter wandernder Wellenzur Strömungsinduktion in Mikrokanälen“. Vortrag anlässlich des Mikrosystemtechnik Kongress 2005 in Freiburg (Baden-Württtemberg), 12.10.2005

STUKE, M., MÜLLER, K., MÜLLER, T., HAGEDORN, R., JÄGER, M., FUHR, G. R.:„Laser-direct-write Creation of Three-dimensional OREST Microcages for Contact-freeTrapping, Handling and Transfer of small Polarizable Neutral Objects in Solution“. Appl. Phys. A 81 (2005), 915-922. http://www.springerlink.com/app/home/content.asp?wasp=5406f9798d884673a3ade19bedd5592c&referrer=contribution&format=2&page=1&pagecount=8

Arbeitsgruppe Zell-Assay-Entwicklung

JOOS, U., BISKUP, T., ERNST, O., WESTPHAL, I.,GHERASIM, C., SCHMIDT, R., EDINGER, R., PILARCZYK, G., DUSCHL, C.: „Fibroblast Adhesion on Structured Surfaces using TIRF andConfocal Microscopy”.Vortrag und Poster anlässlich des AdhesionMeeting 2005, Biology Department II, LMUin München (Bayern), 28.-30.04.2005Erwähnung im EMBO Review über das Meeting,1. Preis im Posterwettbewerb

JOOS, U., BISKUP, T., ERNST, O., WESTPHAL, I.,GHERASIM, C., SCHMIDT, R., EDINGER, R., PILARCZYK, G., DUSCHL, C.: „Investigation ofCell Adhesion on Structured Surfaces using TIRFand CLS Microscopy”.Eur J Cell Biol Sonderband (2005), in press

Arbeitsgruppe Extremophilenforschung

LEYA, T.: „Schneealgen aus Spitzbergen: VomFeld in den Bioreaktor. - Zur Nutzbarkeit kryo-philer Mikroalgen in der Biotechnologie“.Vortrag im Rahmen des Institutskolloquiums amInstitut für Polarökologie der Universität Kiel in Kiel (Schleswig-Holstein), 10.01.2005

LEYA, T.: „Vom Feld in den Bioreaktor: Psychrophile und mesophile Schneealgen alsBioressource“.Vortrag anlässlich der 10. WissenschaftlichenTagung der Sektion Phykologie in der DeutschenBotanischen Gesellschaft, Haus Marienhofin Königswinter (Bayern), 03.-06.04.2005.

LEYA, T.: „From the Field into the Bioreactor:Psychrophilic and Mesophilic Snow Algae asBioresources for Different Secondary Meta-bolites“.Vortrag anlässlich des 6th European Workshopon Micro Algal Biotechnology, Institut fürGetreideverarbeitungin Nuthetal (Brandenburg), 23.-25.06.2005



Arbeitsgruppe Zelldifferenzierung & Zelltechnologie

KRUSE, C.: „Buchbesprechung - Kursad Turksen, Adult Stem Cells, Humana Press.”Ann. Anatomy 187, 224 (2005)

KRAMER, J., KLINGER, M., KRUSE, C., FAZA, M.,HARGUSS, G., ROHWEDEL, J.: „UltrastructuralAnalysis of Mouse Embryonic Stem Cell-derivedChondrocytes.”Anat. Embryol. (Berlin), (2005), in press

ASSMUTH, K., MAASS, A., WEDEL, T., KRUSE,C.: „Adult Stem Cells can be isolated fromHuman and Rat Pancreas.”Int. J. Artif. Organs 28, 358 (Abstract), (2005)

KRUSE, C., MAASS, A., ASSMUTH, K., BLANKE,S., WEDEL, T.: „Differentiation of Adult Pancreatic Stem Cells can be induced.”Int. J. Artif. Organs 28, 392 (Abstract), (2005)

MAASS, A., ROHWEDEL, J., WEDEL, T., KRUSE,C.: „Characterization of Adult Stem Cells derived from Rat Pancreas.”Int. J. Artif. Organs 28, 397 (Abstract), (2005)

KRUSE, C.: „Eigenschaften adulter Stamm-zellisolate aus dem exokrinen Gewebe desPankreas.”Vortrag anlässlich der Einweihung der Fraunhofer IBMT Arbeitsgruppe an der Universität zu Lübeckin Lübeck (Schleswig-Holstein), 08.11.2004

KRUSE, C.: „Differenzierungsfähigkeit pankreatischer Stammzellen.”Vortrag im Rahmen der physiologischen Kolloquien, Universität zu Lübeckin Lübeck (Schleswig-Holstein), 14.01.05

KRUSE, C.: „Untersuchungen zur Differenzie-rungsfähigkeit pankreatischer Stamm-/Progeni-torzellen.”Vortrag anlässlich des Besuchs der Bundes-ministerin Bulmahn und der LandesministerinErdsiek-Rave in Lübeck (Schleswig-Holstein), 24.01.2005

KRUSE, C.: „Möglichkeiten der Nutzung pankreatischer Stammzellen.”Vortrag im Rahmen derpharmakologischen/toxikologischen Kolloquienan der Universität zu Lübeck in Lübeck (Schleswig-Holstein), 25.02.2005

ASSMUTH, K., MAASS, A., WEDEL, T., KRUSE,C.: „Adult Stem Cells can be isolated fromHuman and Rat Pancreas.”Poster anlässlich des 2. Weltkongress für regenerative Medizinin Leipzig (Sachsen), 18.-20.05.2005

KRUSE, C., MAASS, A., ASSMUTH, K., BLANKE,S., WEDEL, T.: „Differentiation of Adult Pancreatic Stem Cells can be induced.” Poster anlässlich des 2. Weltkongress für regenerative Medizinin Leipzig (Sachsen), 18.-20.05.2005

KRUSE, C.: „Isolated Stem Cells from ExocrineGlands.”Vortrag anlässlich des 2. Weltkongress für regenerative Medizinin Leipzig (Sachsen), 18.-20.05.2005

KRUSE, C.: „Untersuchungen pankreatischerStamm-/Progenitorzellen.”Vortrag vor dem Rotary-Club Lübeckin Lübeck (Schleswig-Holstein), 23.06.2005

KRUSE, C.: „Exocrine Glands as a Source forStem/Progenitor Cells.”Vortrag anlässlich der 3rd Baltic Stem Cell Conferencein Heiligendamm (Mecklenburg-Vorpommern),22.-25.08.2005

Abteilung Ultraschall

Arbeitsgruppe Ultraschall-Systementwicklung

NIEDERHAUSER, J. J., JAEGER, M., LEMOR, R. M., WEBER, P. K., FRENZEN, M.:„Combined Ultrasound and OptoacousticSystem for Real-time High-contrast VascularImaging in vivo”.IEEE Transactions on Medical Imaging, Vol. 24,No 4, 436-440, April 2005

WEBER, P. K., DEGEL, C.: „Ultrasonic Probes forBiomedical Applications – Materials, Manufacturing and Constraints”.Invited Talk, Workshop on Electroactive Materials and Sustainable Growthin Abbaye Les Vaux de Cernay, (Frankreich), Mai 2005

WEBER, P. K., POTAPOV, V. M.: „AutomatedUltrasonic Inspection of Elongated Structuresand Pipes made of Concrete”.Invited Talk, International Scientific PracticalConferencein St. Petersburg (Russland), 30.05-03.06.2005

Arbeitsgruppe Biomedizinische Ultraschallforschung

BRAND, S., WEISS, E. C., CZARNOTA, G.,LEMOR, R. M., KOLIOS, M. C.: „Visualization ofApoptotic Cells using Scanning Acoustic Microscopy“.Vortrag anlässlich des IEEE International Ultrasonics Symposium 2005in Rotterdam (Niederlande), 18.-21.09.2005

FEDERSPIL, P. A., TRETBAR, S. H., HENRICH, D.:„Robotergestützte Navigation beim Fräsen ander lateralen Schädelbasis“.Vortrag anlässlich des Workshops des DFG-Schwerpunktprogramms 1124,in Lübeck (Schleswig-Holstein), 26.04.2005

FEDERSPIL, P. A., TRETBAR, S. H., PLINKERT, P. K.: „Increase the Accuracy in Navigated Surgery by in situ Measurement of IndividualSound Velocity in Skull Bone”.Vortrag auf der 4. Jahrestagung der DeutschenGesellschaft für Computer- und Roboter-Assistierte Chirurgie CURACin Berlin (Berlin), 22.-24.09.2005

HÄCKES, S., TRETBAR, S. H., HEWENER, H.,LEMOR, R. M.: „Automatic Detection of anato-mically relevant Structures for Orthopaediausing Model-based Algorithms in UltrasoundVolume Data”.Vortrag anlässlich des 39th Annual Congress ofthe German Society for Biomedical Engineering,BMT 2005, Congress Center in Nürnberg (Bayern), 14.-17.09.2005

LEMOR, R. M.: „Ultraschallgestütztes Thermo-monitoring der In-situ-Ablation an der Schweineleber in vivo“.Vortrag anlässlich des 8. Workshops der Chirur-gischen Forschung der Chirurgischen Klinik I,Charité - Universitätsmedizin Berlinin Berlin (Berlin), 04.-05.02.2005

LEMOR, R. M., TRETBAR, S. H., HEWENER, H.,GÜNTHER, C.: „Ultrasound Imaging – Diagnosis, Navigation and Therapy Control“.Vortrag anlässlich der 69. Jahrestagung derDeutschen Physikalischen Gesellschaftin Berlin (Berlin), 04.-09.03.2005

LEMOR, R. M., TRETBAR, S. H., HEWENER, H.,GÜNTER, C., SCHWARZENBARTH, K.,RITZ, J.-P., LEHMANN, K.: „An Ultrasound-basedSystem for Navigation and Therapy Control ofThermal Tumor Therapies”.Vortrag anlässlich der Acoustical Imaging 28in San Diego, (Kalifornien, USA), 20.-23.03.2005

LEMOR, R. M.: „Ultrasound in Biomedical Research“.Vortrag anlässlich des Seminars für Mikro- undNanosysteme, Eidgenössische Technische Hochschule Zürichin Zürich (Schweiz), 22.04.2005

LEMOR, R. M.: „Von einzelnen Zellen zu ganzenOrganen, akustische Mikroskopie zur Untersu-chung biologischer Gewebe“.Vortrag anlässlich des wissenschaftlichen Kolloquiums des Universitätszentrums Medizin-technik, Ruhr Universität Bochumin Bochum (Nordrhein-Westfalen), 25.05.2005



LEMOR, R. M., TRETBAR, S. H., HEWENER, H.,GÜNTHER, C., SCHWARZENBARTH K.,RITZ, J.-P.: „Navigation and Therapy Control ofThermal Tumor Therapies - an Ultrasound-basedIntegrated System”.Vortrag anlässlich des 19th International Congress and Exhibition Computer AssistedRadiology and Surgeryin Berlin (Berlin), 22.-25.06.2005

LEMOR, R. M., TRETBAR, S. H., HEWENER, H.,HÄCKES, S., GÜNTHER, C., LEHMANN, K.,RITZ, J.-P.: „SonoPilot® –thermo – An Integra-ted System for controlling Thermal Therapieswith Ultrasound“.Poster anlässlich des 39th Annual Congress ofthe German Society for Biomedical Engineering,BMT 2005, Congress Center in Nürnberg (Bayern), 14.-17.09.2005

LEMOR, R. M.: „Ultraschallbasierte Planung,Navigation und Therapiekontrolle thermischerTherapien – ein integriertes Gesamtkonzept,Ultrasound-based Planning, Navigation andControl of Thermal Therapies - An IntegratedConcept“.Eingeladener Vortrag anlässlich der EUROSON2005in Genf (Schweiz), 25.-28.09.2005

LEMOR, R. M., TRETBAR, S. H., HEWENER, H.,HÄCKES, S., GÜNTHER, C., LEHMANN, K.,RITZ, J.-P.: „SONOPILOT®-THERMO - An Ultrasound-based Integrated System for Navigation and Therapy Control of ThermalAblation Therapies”.Vortrag anlässlich des Radiological Society ofNorthern America Interventional Oncology Symposium 2005in Chicago (USA), 28.11-2.12.2005

WEISS, E. C., LEMOR, R. M.: „Messung der lokalen Schallgeschwindigkeit in einzelnen Zellen mittels zeitaufgelöster akustischer Mikroskopie“.Eingeladener Hauptvortrag anlässlich der 69. Jahrestagung der Deutschen PhysikalischenGesellschaftin Berlin (Berlin), 04.-09.03.2005

WEISS, E. C., PILARCZYK, G., LEMOR, R. M.:„Time-resolved Acoustic Microscopy of SingleCells”.Vortrag anlässlich der Focus on Microscopy2005, Friedrich Schiller University, Jenain Jena (Thüringen), 20.-23.03.2005

WEISS, E. C., WEHNER, F., LEMOR, R. M.: „Measuring Cell Volume Regulation with Time-resolved Acoustic Microscopy”.Acoustical Imaging 28 in San Diego (Kalifornien, USA), 20.-23.03.2005

BRESSER, B., PAUL, V.: „Auswirkungen derErgebnisse des Forschungsprojekts des BMGSauf die Infrastruktur von PaDok/D2D”.Vortrag anlässlich des D2D-Workshops der KVNordrheinin Düsseldorf (Nordrhein-Westfalen), 15.-16.09.2005

HUJARA, M., WEBER, G., PAUL, V.: „Warten aufdie Wunderkarte – Die Gesundheitsakte voncareon.de im Spiegel der Lösungsarchitektur“. Health & Sales, Journal für den Außendienst imGesundheitsmarkt, Heft 7, 34-39, Juli 2005

KIEFER, S.: „TOPCARE - An e-Home Care Platform for Cooperative Healthcare ProviderNetworks”.Eingeladener Vortrag anlässlich der 12th AnnualMedical Device Technology Exhibition and Conference MDT 2005 in Birmingham (UK), 16.-17.02.2005

KIEFER, S., SACHPAZIDIS, I.: „Telemedicine forRural and Remote Regions, Optimizing HealthCare Resources by Telehealth Platforms, anExample from Latin-America”.Vortrag anlässlich der International Conferenceon Advanced Information and TelemedicineTechnologies for Health AITTH 2005in Minsk (Weißrussland), 8.-10.11.2005

PAUL, V., BRESSER, B.: „DALE-UV mitPaDok/D2D“.Vortrag anlässlich des D2D-Workshops der KVNordrheinin Düsseldorf (Nordrhein-Westfalen),24.01.2005

PAUL, V., BRESSER, B.: „Zukünftige Entwicklungvon PaDok/D2D“.Vortrag anlässlich der Anwenderkonferenz D2Dder KV Nordrheinin Düsseldorf (Nordrhein-Westfalen),17.02.2005

PAUL, V., BRESSER, B.: „D2D – MedizinischeKommunikationsplattform der ModellregionHeilbronn“.Eingeladene Präsentation anlässlich der Vorstel-lung der Modellregion Heilbronn zur Einführungder elektronischen Gesundheitskarte in Baden-Württembergin Berlin (Berlin), 23.02.2005

PAUL, V., BRESSER, B.: „Informations-management“. Eingeladene 20-stünd. Teilvorlesung im Rahmendes Weiterbildungsstudiums „Betriebswirtschaftfür Ärzte“ der FH Hannover in Hannover (Niedersachsen), 18.-20.03.2005

PAUL, V., BRESSER, B.: „Telemedizin in Deutsch-land - Ein Politikum”. „Telekom-Praxis“, Hausmagazin der TelekomDeutschland, Heft 1/2005

Arbeitsgruppe Sensorfertigung

TIEFENSEE F.: „Ultrasound Technology at IBMT –from Prototyp to Product”.Vortrag anlässlich des 2. Saar-Lor-Lux Forums onNanotechnology,New Materials and Coatings in Metz, (Frankreich), 09.-10.06.2005

Arbeitsgruppe Computerunterstützte Simulationen

SCHMITT, D., REIMANN-ZAWADZKI, M., FUHR,G. R.:„CellPROM - Bridging the Gap between Macroand Nano”.Vortrag im Rahmen des Koreanisch-DeutschenSymposiums am KIST Europein Saarbrücken (Saarland), 29.04.2005

Arbeitsgruppe Medizin-Telematik

ALI, S., KIEFER, S.: „Architecting DisparateeHealth-Systems interoperable through WebServices“ Vortrag anlässlich der Med-e-Tel 2005 Conference for eHealth and Telemedicinein Luxemburg (Luxemburg), 06.-08.04.2005

ALI, S., KIEFER, S.: „Enhancing the Interoperabi-lity of Disparate eHealth Systems by Web Services“. Vortrag anlässlich der 39. DGBMT JahrestagungICMP/BMT2005 in Nürnberg (Bayern), 14.-17.09.2005

BRESSER, B., PAUL, V.: „VPN mit PaDok – Standder Realisierung“.Vortrag anlässlich des D2D-Workshops der KVNordrheinin Düsseldorf (Nordrhein-Westfalen),25.01.2005

BRESSER, B., PAUL, V.: „Datensicherheit undDatenschutzzulassung der Mammaakte inD2D”.Vortrag anlässlich des D2D-Workshops der KVNordrheinin Düsseldorf (Nordrhein-Westfalen),12.05.2005

BRESSER, B., PAUL, V.: „Bedeutung der “HealthProfessional Card” und der elektronischen Kommunikation für den freien Ärztestand”.Vortrag anlässlich der Klausurtagung der Ärzte-kammer Baden-Württembergam Titisee (Baden-Württemberg), 20.-21.05.2005

BRESSER, B., PAUL, V.: „Die Datenstrukturenvon PaDok 2.0”.Vortrag anlässlich des D2D-Workshops der KVNordrheinin Düsseldorf (Nordrhein-Westfalen),30.08.2005



PAUL, V., BRESSER, B.: „Informations-management“. Eingeladene 20-stünd. Teilvorlesung im Rahmendes Weiterbildungsstudiums „Betriebswirtschaftfür Ärzte“ der FH Neu-Ulm, 09.04.2005,23.04.2005

PAUL, V., BRESSER, B.: „D2D als Plattform fürdas elektronische Rezept”.Eingeladene Präsentation anlässlich der ITEG2005in Frankfurt (Hessen), 25.-28.04.2005

PAUL, V., BRESSER, B.: „D2D – Eine medizini-sche Kommunikationsplattform”.Präsentation anlässlich des Ärztekongresses2005in Berlin (Berlin), 08.-11.05.2005

PAUL, V., BRESSER, B.: „eDMP in PaDok – Standder Realisierung”.Vortrag anlässlich des D2D-Workshops der KVNordrheinin Düsseldorf (Nordrhein-Westfalen),12.05.2005

PAUL, V., BRESSER, B.: „Connectivity der PaDok-Server”.Vortrag anlässlich des D2D-Workshops der KVNordrheinin Düsseldorf (Nordrhein-Westfalen),30.08.2005

PAUL, V., BRESSER, B.: „Realisierung der medizinischen Fallakte in PaDok”.Vortrag anlässlich des Klausurworkshops derKassenärztlichen Bundesvereinigungin Düsseldorf (Nordrhein-Westfalen),08.09.2005

PAUL, V., BRESSER, B.: „Die Konnektoren undPaDok”.Vortrag anlässlich des D2D-Workshops der KVNordrheinin Düsseldorf (Nordrhein-Westfalen), 15.-16.09.2005

PAUL, V., BRESSER, B.: „D2D – Plattform eineselektronischen Rezepts”.Eingeladene Präsentation anlässlich der ExpoPharm 2005in Köln (Nordrhein-Westfalen), 22.-25.09.2005

PAUL, V., MOHR, G., BRESSER, B.: „Einsatz vonD2D in Netzen der Integrierten MedizinischenVersorgung”Vortrag bei der KV Baden-Württembergin Mannheim (Rheinland-Pfalz), 25.10.2005

PAUL, V.: „Data Protection Issues and Solutionsin Non-addressed Messaging Scenarios”Vortrag anlässlich der International Conferenceon Advanced Information and TelemedicineTechnologies for Health AITTH 2005in Minsk (Weißrussland), 8.-10.11.2005

PAUL, V., BRESSER, B.: „D2D als Diensteplatt-form in der Telematik-Infrastruktur der eGK”.Eingeladene Präsentation anlässlich der Medica2005in Düsseldorf (Nordrhein-Westfalen), 15.-19.11.2005

PAUL, V., BRESSER, B.: „Große Lösungen odermoderate Innovation – Ein Beitrag zur Diskussion um den Telematikeinsatz imGesundheitswesen”. Deutsches Ärzteblatt, Heft 13, 882-884, April 2005

Abteilung Kryobiophysik & Kryotechnologie

DURST, C. H. P., IHMIG, F. R., BIEL, M., DAFFERTSHOFER, M., ZIMMERMANN, H.: „XML-based Process Management in Cryo-biotechnology: The ChameleonLab“.Vortrag anlässlich der 11th Conference Business, Technology and Web (BTW2005)in Karlsruhe (Baden-Württemberg), 01.03.2005

KATSEN-GLOBA, A.: „Cryopreservation of Cellscultured on Nano-structured Surfaces“.Vortrag anlässlich eines Anwenderseminars derFirma GeSiM mbH, Nano-Biotechnologiein Dresden (Sachsen), 06.04.2005

ZIMMERMANN, H.: „Cryobiotechnology – NewMarkets and Research Fields for Biotechnologyand Biomedicine”.Vortrag anlässlich des Seminars „Nanotechnology“ in Yokohama (Japan), 21.02.2005

ZIMMERMANN, H.: „Technische Voraus-setzungen einer zukunftsfähigen Zelllagerungmit Bezug zur Mikrosystemtechnik und Nano-technologie”.Vortrag anlässlich des Workshops „Kryobiotechnologie & Stammzellbanking“in Sulzbach (Saarland), 10.03.2005

ZIMMERMANN, H.: „Mikrostrukturierte 2-D-Kryobanken und Toleranzen – Langzeitkonser-vierung von therapeutisch relevanten Zellen”.Vortrag anlässlich des Abschlussseminars desVerbundprojektes „Kryo-MST“in Sulzbach (Saarland), 11.03.2005

ZIMMERMANN, H.: „Kryobiotechnologie – Von der Nanotechnologie zur Großkryobank fürZellen”.Vortrag anlässlich des Seminars „Bedeutung vonProben-/Datenbanken in der Krebsforschung“in Hamburg (Hamburg), 19.05.2005

ZIMMERMANN, H.: „Mikrostrukturierte Kryo-banken und Kryotoleranzen – Langzeitkonser-vierung von therapeutisch relevanten Zellen“.Vortrag anlässlich der 1. Jahreshauptversamm-lung des „Arbeitskreises Mikrosystemtechnik fürdie Biologie“in St. Augustin (Nordrhein-Westfalen),21.06.2005

ZIMMERMANN, H., KATSEN-GLOBA, A., EHRHART, F., REUSS, R., FEILEN, P., SCHNEIDER,H., SUKHORUKOV, V. L., SCHNEIDER, S., ZIMMERMANN, U., WEBER, M. M.: „A NewSystem for Improved Cryopreservation of Multicellular Spheroids“.Vortrag anlässlich der 14th International Conference of Medical Physicsin Nürnberg (Bayern), 14.09.2005

ZIMMERMANN, H.: „Microstructured 2-D-Cryo-banking and Cryotolerance – Long-term Preser-vation of Cells with Therapeutical Relevance”.Vortrag anlässlich des Kongresses „Mikrosystemtechnik“in Freiburg (Baden-Württemberg), 12.10.2005

ZIMMERMANN, H.: „Biomedizinische Anwen-dungen der Galileo-Technologie“.Vortrag anlässlich der Messe „Systems“ imForum Anwendungsvisionen zu Galileoin München (Bayern), 25.10.2005

DURST, C. H. P., IHMIG, F. R., BIEL, M., DAFFERTSHOFER, M., ZIMMERMANN, H.: „XML-based Process Management in Cryo-Bio-technology: The ChameleonLab”.CEUR Workshop Proceedings, 145, 55-64(2005)

EHRHART, F., KATSEN-GLOBA, A., REUSS, R.,FEILEN, P. J., SCHELENZ, S., SUKHORUKOV, V. L.,ZIMMERMANN, U., WEBER, M. M., ZIMMERMANN, H.: „Barium-Alginate Micro-capsule Formation for Regenerative Medicinevalidated by High-speed Video“.Biomedizinische Technik, 50, 1571-1572 (2005)

IHMIG, F. R., SHIRLEY, S. G., DURST, C. H. P, ZIMMERMANN, H.: „Cryogenic ElectronicMemory Infrastructure for Physically Related“Continuity of Care Records” of Frozen Cells”.akzeptiert zur Publikation 2005

KATSEN-GLOBA, A.: „Cell Cryopreservation onNanostructured Surfaces: Block-Face ScanningElectron Microscopic Method for Studying ofthe Cell-Substrate Interface“.Abstract Book des Focus on Microscopy, FOM2005, 212 (2005)

KATSEN-GLOBA, A., MALPIQUE, R., EHRHART,F., ALVES, P. M., ZIMMERMANN, H.: „Cryopre-servation of Caco-2 Human Colon Cancer Cellsin Fraunhofer Micro-Cryosubstrates: SEM andBlock-Face-SEM for Study of Cell Differentiationafter Thawing”.Paul-Scherrer-Institut, PSI Proceedings 05-01,193 (2005)



KATSEN-GLOBA, A., PETER, L., DAFFERTSHO-FER, M., PRECKEL, H., SCHMITT, D., ZIMMERMANN, H.: „A New Method for High-throughput Screening of Cell Spreading onNon-transparent, Nanostructured Surfaces:Automated Processing of Scanning ElectronMicroscopic Images”.Paul-Scherrer-Institut, PSI Proceedings 05-01, 45(2005)

SCHNEIDER, S., FEILEN, P. J., BRUNNENMEIER, F.,MINNEMANN, T., ZIMMERMANN, H., ZIMMERMANN, U., WEBER, M. M.: „Long-termGraft Function of Adult Rat and Human Isletsencapsulated in Novel Alginate-based Microcap-sules after Transplantation in ImmunocompetentDiabetic Mice“.Diabetes, 54, 687-693 (2005)

WOLF, R., ZIMMERMANN, D., WEBER, M., FEILEN, P. J., EHRHART, F., SALINAS-JUNGJOHANN, M., KATSEN-GLOBA, A., BEHRINGER, M., GEßNER, P., PLIEß, L., STEINBACH, A., SPITZ, J., VASQUEZ, J. A.,SCHNEIDER, S., BAMBERG, E., WEBER, M. M.,ZIMMERMANN, U., ZIMMERMANN, H.: „Real-time 3-D dark-field Microscopy for theValidation of the Cross-linking Process of Alginate Microcapsules“.Biomaterials, 26, 6386-6393 (2005)

ZIMMERMANN, H., LAUE, M., PFLÜGER, S.,PÜTZ, N., ZWANZIG, M., FIEDLER, S., MESTRES,P., KATSEN-GLOBA, A.: „Cryopreservation ofCells cultured on Nanostructured Surfaces Studied Block-Face-SEM in Combination withFreeze-Substitution”.Paul-Scherrer-Institut, PSI Proceedings 05-01,294 (2005)

ZIMMERMANN, H., ZIMMERMANN, D., REUSS,R., FEILEN, P. J., MANZ, B., KATSEN-GLOBA, A.,WEBER, M., IHMIG, F. R., EHRHART, F., GESSNER, P., BEHRINGER, M., STEINBACH, A.,WEGNER, L. H., SUKHORUKOV, V. L., VASQUEZ,J. A., SCHNEIDER, S., WEBER, M. M., VOLKE, F.,WOLF, R., ZIMMERMANN, U.: „Towards a medi-cally approved Technology for Alginate-basedMicrocapsules allowing Long-term Immunoisolated Transplantation“.J. Mater. Sci. Mater. Med., 16, 491-501(2005)

WÄHLISCH, F. C., BAIER, C., SALINAS, M., EHRHART, F., GIESE, C., MARX, U., SUKHORUKOV, V., ZIMMERMANN, U., ZIMMERMANN, H.: „Non-contact Scanning ofAlginate Sheets in Liquid Environment“.Posterbeitrag anlässlich des 4th InternationalWorkshops, Scanning Probe Microscopy in LifeSciencesin Berlin (Berlin), 13.10.2005

ZIMMERMANN, H., LAUE, M., PFLÜGER, S.,PÜTZ, N., ZWANZIG, M., FIEDLER, S., MESTRES,P., KATSEN-GLOBA, A.: „Kryokonservierung vonZellen auf nanostrukturierten Oberflächen“. Posterbeitrag anlässlich des 2. BMBF-Symposi-um Nanobiotechnologie in Hannover (Niedersachsen), 18.-19.10.2005

WÄHLISCH, F. C., BAIER, C., SALINAS, M., EHRHART, F., GIESE, C., MARX, U., SUKHORUKOV, V., ZIMMERAMNN, U., ZIMMERMANN, H.: „RasterkraftmikroskopischeUntersuchungen von Alginat-Schichtsystemenals Matrix für einen künstlichen Lymphknoten“. Posterbeitrag anlässlich des 2. BMBF-Symposi-um Nanobiotechnologie in Hannover (Niedersachsen), 18.-19.10.2005

ZIMMERMANN, H.: „Kryo-Nanobio-technologie“. Posterbeitrag anlässlich der 2. WING-Konferenz in Aachen (Nordrhein-Westfalen), 09.-11.11.2005

SUKHORUKOV, V., REUSS, R., GESSNER, P.,STEINBACH, A., KATSEN-GLOBA, A., ZIMMERMANN, U., ZIMMERMANN, H. (2005):„Biophysical Characterization and Electrofusionof Dendritic Cells in Microstructures“. Posterbeitrag anlässlich der Nanotech 2005 in Montreux (Schweiz), 15.11.2005

Arbeitsgruppe Kompetenzzentren

SCHMIDT, J.: „Fallbeispiele für Kooperationenmit dem Fraunhofer-Institut für BiomedizinischeTechnik (IBMT) ”.Vortrag anlässlich der ZPT-Veranstaltung „Neue Geschäftsfelder durchpatentierte Hochschulinnovationen”in Saarbrücken (Saarland), 20.06.2005



Ehwald, M., Adleff, H., Ehwald, R., Bier, F.,Gajovic-Eichelmann, N.„Assay mit osmotisch induzierter Abtrennungund Anreicherung hochmolekularer nachzuwei-sender Substanzen und fluidisches Mikrosystemzu seiner Durchführung“Patentanmeldung 10 2005 010 096.1Prioritätstag 04.03.2005, 05F46096

Fuhr, G. R., Zimmermann, H.„Verfahren und Vorrichtung zur Kryo-konservierung biologischer Proben“Patentanmeldung 10 2005 031 648.4AT 06.07.2005, 05F46450

Fuhr, G. R., Jakob, A., Degel, C.„Ultraschallwandler für den Einsatz bei Tiefsttemperaturen“Patentanmeldung 10 2005 044 880.1AT 20.09.2005, 05F46131

Gajovic-Eichelmann, N., Michel, D.„Verfahren zur Immobilisierung von Molekülenan Oberflächen mittels weicher Nanopartikel fürdie Herstellung von Multiparameter-Immun-tests“Patentanmeldung 10 2005 014 430.6AT 24.03.2005, 05F46064

Lemor, R., Günther, C., Fuhr, G. R., Jäger, M.,Wiklund, M., Hertz, H.„Method and device for acoustic manipulationof particles, cells and viruses”PCT-Patentanmeldung PCT/EP2005/007355AT 07.07.2005, 05F46422

Volke, F., König, K.„Vorrichtung zur NMR-Untersuchung intrakor-poraler Körperbereiche“Patentanmeldung 10 2005 034 838.6AT 26.07.2005, 05F46319

Volke, F., Benecke, M., Manz, B.„Sende- und Empfangsspulenanordnung“Patentanmeldung 10 2005 034 839.4AT 26.07.2005, 05F46320

Von Nickisch-Rosenegk, M.„Verfahren zur Konstruktion klonierbarer undspontan selbstorganisierender Halte-Strukturenin Plasmiden für die Immobilisierung an Oberflächen“Patentanmeldung 10 2005 029 721.8AT 24.06.2005, 05F46041

Von Nickisch-Rosenegk, M.„Ein rekombinantes und modifiziertes eukaryontisches Membranprotein als Ankerextrazellulärer Funktionalitäten“Patentanmeldung 10 2005 032 055.4AT 08.07.2005, 05F46039

Von Nickisch-Rosenegk, M., Bier, F., Birringer M.„Ligation synthetischer Zinkfinger-Peptide zuseriellen Bindeproteinen für die spezifischeAdressierung doppelsträngiger DNA-Bereiche“Patentanmeldung EP/05007140.6AT 01.04.2005, 05F46077

Zimmermann, H., Hoffmann, K.-P., Fuhr, G. R.„Fahrzeug-Kommunikationssystem“Patentanmeldung 10 2005 028 497.3Prioritätstag 20.06.2005, 05F46369

Zimmermann, H., Fuhr, G. R.„Vorrichtung und Verfahren zur Optimierungder Gewinnung natürlicher Ressourcen für pharmazeutische Anwendungen“Patentanmeldung 10 2005 040 872.9AT 29.08.2005, 05F46579

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)

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MarketingleitungPresse- und ÖffentlichkeitsarbeitRedaktion:Dipl.-Phys. Annette Eva MaurerTelefon: +49 (0) 6894/980-102Fax: +49 (0) 6894/[email protected]

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Leistungen und Ergebnisse Jahresbericht 2005 · schalls, von Deutschland ausgingen, so beunruhigt...

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