Nanotechnologie
ist die Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhundert. Sie vereinigt zahlreiche Hochtechnologiesektoren miteinander und bietet die Möglichkeit zur Entwicklung innovativer Technologien und Produkte in Bereichen wie Automobilbau, Informationstechnologie, Chemie, Optik, Energie und Life Sciences, um nur einige Beispiele zu nennen.
Nach Schätzungen des BMBF wird das Marktpotential für nanotechnologische Produkte, Verfahren und Dienstleistungen im Jahr 2015 bei bis zu 1000 Mrd. Euro liegen.
Zur Zeit sind in Deutschland ca. 600 Unternehmen mit bis zu 50.000 Arbeitsplätzen mittel- oder unmittelbar mit der Nanotechnologie assoziiert.
Trotz intensiver Förderung von F&E-Projekten auf dem Gebiet der Nanotechnologie durch die öffentlich Hand (310 Mio. Euro für das Jahr 2005), ist die Umsetzung der gewonnen Ergebnisse in marktgerechte Produkte und Verfahren, sowie die Anmeldung von Patenten im Vergleich mit den USA und Südostasien in Deutschland nach wie vor nur unzureichend realisiert. Insbesondere der mangelhafte Technologietransfer nanotechnologischer Ansätze aus der akademischen Grundlagenforschung zu potentiellen und marktfähigen Produkten ist in Deutschland nur unzureichend ausgebildet. Damit bleiben überaus interessante und vielversprechende Ideen und Entwicklungen mit hohem Marktpotential meist schon in einem frühen F&E-Stadium auf der Strecke.
Zur Lösung dieses Problems ist eine integrative und multidiziplinäre Zusammenarbeit grundlagenorientierter Forschungseinrichtungen sowohl untereinander als auch mit KMU und Großunternehmen unabdingbar.
Ziele
Der Forschungsschwerpunkt Integratives NanoBioengineering (iNBE) hat das Ziel, verschiedene Nanotechnologiebranchen wie z.B. Materialwissenschaften und Mikrosystemtechnik mit lebenden biologischen Systemen zu kombinierten und damit die Entwicklung innovativer Therapie- und Diagnostikmethoden im Bereich Life Sciences voranzutreiben. Im Vordergrund stehen hierbei Methoden und Technologien an der Schnittstelle zur molekularen Zellbiologie mit der Biophysik, (Nano)Medizin, Pharmakologie, Biochemie, Bioinformatik, NanoBiotechnologie und Biomedizintechnik. Eine multi-, trans- und interdisziplinäre Forschergemeinschaft, die ebenso die Einbindung von KMUs zum Ziel hat, adressiert aktuelle und zukunftsorientierte Aspekte im Bereich Integratives NanoBioengineering. Innovationen werden künftig durch die Etablierung von Technologieplattformen und Forschungsprojekten mit dem Fokus Bioinstrumente, biophysikalische Testverfahren und Gewebeersatz gesetzt. Neue Ansätze finden sich nicht nur in den angestammten Gebieten der Biologie, Biochemie und Biophysik, sondern auch in den Grenzgebieten dieser klassischen Disziplinen. Wissenschaftler verschiedener Fachrichtungen beschäftigen sich z. B. mit der Physik der Weichen Materie, der Pharmakologie, der Biosensorik für Diagnostik und Wirkstofftestung sowie der Bioreaktorentwicklung für Gewebe- und Organrekonstruktion. In diesem Forschungsbereich zeigt sich die Notwendigkeit zur Interdisziplinarität und ihr Nutzen für die Kombinatorik der unbelebten Materie (Physik) mit der Lehre vom Leben (Biologie). So soll die Biophysik, der Wissenszweig der Prinzipien der Physik und Chemie, der Methoden der mathematischen Analyse und Computer-unterstützten Datenverarbeitung, einen Beitrag zum Verständnis der Funktion biologischer Systeme leisten. Fragestellungen sind z.B. „Wie werden Lichtteilchen, elektrische Signale registriert und in elektrische Impulse umgewandelt?" oder „Wie können biologische und elektronische Systeme miteinander verknüpft werden, um intelligente Biosensoren zu entwickeln?".
Integratives NanoBioengineering soll auch zur Verknüpfung der drei Schlüsseltechnologien BioMEMOS (Bio Microelectromechanical and Optical Systems), funktionelles und zellbiologisches Imaging / Monitoring sowie optische Technologien/Laser-Verfahren sowie Nanotechnologie führen, um eine nachhaltige Stabilisierung einer innovativen und technologisch leistungsfähigen Biomedizintechnik in der Nanobiotechnologie und Nanomedizin zu ermöglichen. Die drei Schlüsseltechnologien lassen sich in drei Grundrichtungen zukünftiger medizintechnischer Entwicklungen zuordnen:
-
Computarisierung aufgrund der Relevanz der Informations- und Kommunikationstechnologie
-
Molekularisierung, die durch die Biotechnologie, aber auch durch die Zell- und Gewebetechnik (Tissue Engineering) repräsentiert wird
-
Miniaturisierung, die signifikant durch die Mikrosystemtechnik, die Nanotechnologie und die optischen Technologien die Medizintechnik in den nächsten 5 bis 10 Jahren voranbringen wird.
Den drei Schwerpunkten werden fünf Themengebieten zugeordnet:
1. Nano-BioEngineering
Synthetische Polymere (hitze-/lichtaktivierbar)
Nanoelektronik
Nanosensorik
Nanoanalytik
Nanooptik (Optoelektronik / photonische Kristalle / Quantenoptik)
Nanofabrikation
2. Biomechanik auf Zell- und Gewebeebene
Zell-Biomaterial-Interface
Zell-Extrazelluläre Matrix
Mikrotechnische Messverfahren
3. Biologische Echtzeitanalytik
Multiphotonische Bioanalytik in vivo / in vitro
Optoelektronische Bioanalytik in vivo / in vitro
4. Integrative Nanotherapie
Nanopartikel und nanostrukturierte Biosensoren für Diagnostik & Therapie
Nanochemie
Nanomaterialien
5. Computergestütztes Zell- & Gewebe-Modelling
Verfahren der Systembiologie sollen bei den fünf Schwerpunkten ebenso eingeschlossen sein wie die Bioinformatik.
Die Schwerpunkte in den medizinischen Anwendungen liegen derzeit bei
-
regenerativen Therapien
-
hochauflösender Echtzeitanalytik,
-
hochauflösender molekularer Diagnostik und
-
Echtzeit-Therapiekontrolle
Strategisch soll die DGBMT mit einem FA Integratives NanoBioengineering den Fokus der Europäischen Kommission im 7. Rahmenprogramm im Bereich NanoBiotechnology begleiten und sich mit innovativen Ansätzen für Technologieplattformen und Ausbildungsprogrammen neu ausrichten.