Zeitung Heute : Für einen Wimpernschlag

Perfekte Prothesen und Stützen für Blutgefäße: TU-Forscher entwickeln Produkte und Werkzeuge im Mikromaßstab.

Paul Janositz

Visionen sind nicht Propheten oder Künstlern vorbehalten, auch Wissenschaftler können Phantasie entwickeln. Doch anders als in der Traumfabrik Hollywood geht es im Anwendungszentrum Mikroproduktion (AMP) ganz realistisch zu. „Wir haben die Vision, Batterien für Herzschrittmacher zu entwickeln, die ihre Energie aus der Körperflüssigkeit gewinnen – ein Minikraftwerk, das solche Geräte permanent mit Energie versorgt“, sagt Eckart Uhlmann, Leiter des Fachgebiets Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik (IWF) an der TU Berlin.

Gleichzeitig leitet der 54-jährige Ingenieur das Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik (IPK), das gemeinsam mit dem IWF am Spreebogen auf dem Campus Charlottenburg beheimatet ist. Beide Institute bilden das Produktionstechnische Zentrum Berlin (PTZ), das die universitäre, eher grundlagenorientierte Forschung, mit der industrienahen, anwendungsorientierten Ausrichtung der Fraunhofer Gesellschaft, vereint.

Das vor 25 Jahren eröffnete „Doppelinstitut“ hat seit November einen Neubau für die Mikroproduktion. „Unser Anwendungszentrum ist weltweit einmalig“, betont Uhlmann. Hier wird an der präzisen Herstellung von Produkten im Mikromaßstab geforscht. Dazu werden Maschinen entwickelt, mit denen sich weniger als Zehntel Millimeter kleine Werkzeuge zum Fräsen, Bohren oder Schleifen produzieren lassen. „Durch simples Verkleinern vorhandener Geräte ist das allerdings nicht zu schaffen“, sagt Uhlmann.

In der Welt, in der ein menschliches Haar wie ein riesiger Balken wirkt, gelten eigene Gesetze. Hier bedeutet ein winziges Wackeln des Miniatur-Fräsers, dass Ausschuss produziert wird. Hier müssen die Werkzeugmaschinen, Elektronenmikroskope und Computertomografen auf möglichst erschütterungsfreiem Boden stehen. Der Ultrapräzisionsbereich ist daher vom übrigen Gebäude abgekoppelt. Die Luftfeuchtigkeit wird exakt reguliert, ebenso die Temperatur, die im sensibelsten Labor um maximal ein Fünftel Grad schwanken darf. Sonst dehnen sich die Maschinen und Miniwerkzeuge um eine Winzigkeit aus oder schrumpfen zusammen, und das kann genügen, um langwierige Fertigungsprozesse wertlos zu machen.

Der Bereich Mikroproduktionstechnik ist auch ein Erbe der ehemaligen Akademie der Wissenschaften der DDR, deren Gruppe „Ultrapräzision“ 1990 vom PTZ übernommen wurde. Platzbedarf machte nun den Umzug von Adlershof nach Charlottenburg notwendig. Heute hat das Team 60 Mitarbeiter.

Zu den Aktivitäten gehört auch die Medizintechnik, etwa die Entwicklung von „aktiven“ Augenepithesen. Das sind Körperersatzstücke im Gesicht, die nach Unfällen oder Tumoroperationen eingesetzt werden. Damit das künstliche Auge weitgehend natürlich wirkt, sollte der Lidschlag möglichst synchron mit dem des gesunden Auges erfolgen. Das ist das Ziel bei aktiven Epithesen. Sie sollen den Lidschlag am gesunden Auge erfassen, dessen Signale aus Nerven oder Muskeln elektronisch verarbeiten, damit ein Mikromotor das künstliche Augenlid schließt.

Die Herausforderung besteht darin, das komplexe Gebilde, das neben Sensoren und Motor auch eine Energieversorgung benötigt, auf engstem Raum unterzubringen. „Meist stehen nur 15 Millimeter Augenhöhle zur Verfügung“, sagt Dirk Oberschmidt, Abteilungsleiter Mikroproduktionstechnik. Gemeinsam mit der Klinik für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie der Berliner Charité wurde eine Lösung gesucht und gefunden. Das Volumen der Epithese schrumpfte bereits um mehr als zwei Drittel. Weitere Verbesserungen sind geplant; etwa auf das Getriebe zu verzichten, das bisher das Augenlid in Gang setzte, und stattdessen einen Motor als Direktantrieb einzubauen. Nach Angaben Oberschmidts werden bald erste Tests beginnen.

Die Forschung bestimmt hier den Takt des Fortschritts, denn für die Industrie ist die Neuentwicklung des Antriebs angesichts geringer Patientenzahlen wirtschaftlich wenig attraktiv. Das kann man von einem anderen Produkt der medizintechnischen Forschung im Anwendungszentrum nicht behaupten. Herz-Kreislauf-Erkrankungen nehmen deutlich zu und damit die Fälle von Arteriosklerose. Dabei setzen sich Ablagerungen aus dem Blut in den Arterien fest, oft kommt es zu Verschlüssen. Abhilfe schaffen Gefäßstützen: röhrenförmige Geflechte aus Metall oder Kunststoff, „Stents“ genannt. Sie werden über einen Katheter in die Arterie eingeführt und dann aufgeblasen. In etwa einem Drittel der Fälle verstopft die Arterie jedoch erneut. Um das zu verhindern, werden die Röhrchen oft mit einem Kunststoff beschichtet, der einen Wirkstoff freisetzt. Noch effektiver sind Stents, die ganz aus wirkstoffhaltigem Polymer bestehen.

Eine besonders pfiffige Methode haben die IWF-Forscher in Zusammenarbeit mit dem Kunststoffexperten Manfred Wagner, Professor am TU-Fachgebiet Polymertechnik entwickelt. Sie verwendeten Kunststoffe mit Memory-Effekt. Dieses Material kann sich an eine frühere Form „erinnern“. Stents, die aus solchen Gedächtnis-Kunststoffen bestehen, werden als winzige Röhrchen in das Gefäß eingeführt. Angeregt durch Körperwärme weiten sie sich am gewünschten Ort, legen sich an die Gefäßwand an und halten die Arterie offen.

Zudem wollen die Berliner Wissenschaftler erreichen, dass bestimmte Bestandteile des Bluts nicht an der Stent-Oberfläche haften können – Ablagerungen und erneute Verschlüsse wären damit vermieden. Das bewirken winzige Erhebungen an der Oberfläche. „Wir mussten eine Methode finden, um solche Strukturen im Mikrobereich (millionstel Meter) innen an den Röhrchen anbringen zu können“, sagt Uhlmann. Das gelang mittels Laserbearbeitung der Herstellungswerkzeuge. Demnächst werden die Stents an der Charité in Tierversuchen erprobt.

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