Institutsteil „Integrierte Silizium Systeme“ (ISS) mit der Fraunhofer Projektgruppe  Adaptive Integrierte Systeme
Der Institutsteil Integrierte Siliziumsysteme am Standort Cottbus der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg (BTUCS) gehört zum Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS in Dresden, das seit über 25 Jahren auf dem Gebiet der Erforschung von siliziumbasierten mikromechanischen und mikrophotonischen Systemen tätig ist. Seit 2012 ist das Fraunhofer-IPMS mit einer Fraunhofer-Einheit an der BTUCS tätig.

Kaum eine wachstumsstarke technische Branche kommt ohne mikrosystemtechnische Komponenten, wie beispielsweise Sensoren oder Aktoren, aus. Aktuelle Trends, wie das Internet of Things oder Industrie 4.0, eröffnen zahlreiche neue Anwendungsfelder mikromechanischer Komponenten, bei gleichzeitig steigenden Anforderungen hinsichtlich Leistungsfähigkeit, Miniaturisierung, Energieverbrauch, Integrierbarkeit und Zuverlässigkeit.

Die Wissenschaftler des Fraunhofer IPMS arbeiten sowohl an der Optimierung bestehender mikromechanischer Komponenten und deren Adaption für neue Anwendungen als auch an der Entwicklung und Erprobung völlig neuartiger Technologien, Mikro-(Opto)-Elektro-Mechanischer Systeme (MEMS und MOEMS) sowie Nano-Elektro-Mechanischer Systeme (NEMS). Das Leistungsspektrum deckt dabei die gesamte Entwicklungskette für CMOS-kompatible MEMS-Produkte und -Technologien ab, von der Konzeptionierung über die Prozessentwicklung, den Bau von Demonstratoren und Prototypen bis zur Pilotfertigung im hochmodernen Reinraum nach industriellen Standard

Am Institutsteil IPMS-ISS in Cottbus wird eine moderne Forschungsinfrastruktur für die Systemintegration modernster MEMS Bauelemente aufgebaut. Im Rahmen der Förderung durch das Land Brandenburg und als Teil der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland sind technologische Fähigkeiten im Bereich der Aufbau- und Verbindungstechnik von MEMS und Charakterisierungstechnik bspw. für fluidische oder akustische Applikationen sowie für optische Analytik in Cottbus verfügbar. So können beispielsweise Strukturen im Submikrometerbereich in 3D auf bestehende Mikrosysteme aufgebaut werden.

Die durch das Land Brandenburg und den Bund geförderten Forschungsarbeiten liefern die Basis zur Erschließung neuer Applikationen und Anwendungsbereiche von MEMS-basierten Komponenten und –Systemen, deren erfolgreichen Transfer in Kooperation mit regionalen Unternehmen in die industrielle Anwendung und leisten somit einen entscheidenden Beitrag zur Entwicklung und Zukunftsfähigkeit der Region.

 Fraunhfer-Projektgruppe Adaptive Integrierte Systeme

In der AIS-Projektgruppe werden in enger Zusammenarbeit mit der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg schwerpunktmäßig zwei Themenbereiche erforscht. Im Geschäftsfeld »Monolithisch integrierte Aktor- und Sensorsysteme« wird eine neue Klasse elektrostatischer Biegeaktoren (NED) entwickelt und für verschiedenste Anwendungsfelder erprobt. Der innovative Ansatz der neuen Aktorklasse ermöglicht die Realisation von Bauelementen, Systemen und Applikationen wie z.B. Mikro- und Nanomanipulatoren, Mikropumpen und -ventile, Mikrolautsprecher und optische Schalter. Die potentielle Anwendungsbreite erstreckt sich dabei von der Optik, der Mess- und Medizintechnik und der Biotechnologie bis hin zur Kommunikationstechnik.

Die Fraunhofer-Projektgruppe AIS beschäftigen sich mit der Entwicklung von innovativen, miniaturisierten Terahertz-Mikromodulen und der Evaluierung deren Applikationen. Terahertz-Strahlung eignet sich aufgrund ihrer Wellenlänge (1 THz entspricht 300 µm) und ihrer vergleichsweise geringen Photonenenergie im Bereich Milli-Elektronenvolt hervorragend zum Einsatz in der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung, der Telekommunikation oder der Diagnostik und Bildgebung in der Medizin und Biotechnologie. Zahlreiche Anwendungen insbesondere für den mobilen Einsatz erfordern einen Miniaturisierungsgrad der Systeme. Im Fokus der Wissenschaftler am Fraunhofer IPMS-ISS steht daher die Integration von THz-Komponenten in einem einzigen System, das miniaturisierbar, CMOS-kompatibel und skalierbar herstellbar ist.

Das Land Brandenburg fördert die im Fraunhofer IPMS-ISS etablierte Fraunhofer-Projektgruppe Adaptive Integrierte Systeme (AIS) mit 2,4 Mio. € über 5 Jahre.

Leitung:
Sebastian Meyer

Integrated Silicon Systems (ISS)
Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS
Konrad-Zuse-Str. 1
03046 Cottbus
Telefon: +49 351 88 23 - 137

In der Fraunhofer-Projektgruppe »PZ-Syn« werden wissenschaftliche Expertisen des Fraunhofer Instituts für Zelltherapie und Immunologie, Institutsteil Bioanalytik und Bioprozesse (IZI-BB) und der BTU Cottbus-Senftenberg, Institut für Biotechnologie, zusammengeführt, um neue biotechnologische Verfahren zur Produktion hochwirksamer Proteine zu entwickeln. Die Projektgruppe fokussiert sich dabei auf die industrielle Produktion von Biokatalysatoren (Enzymen) im sehr gut kontrollierbaren zellfreien System. Mit PZ-Syn kann erstmals die ganze Biodiversität bisher nicht verfügbarer Enzyme biotechnologisch genutzt werden, um diese der Pharma- und Chemieindustrie zur Verfügung stellen zu können. Die intensive wissenschaftlich-technologische Zusammenarbeit von Fraunhofer-IZI-BB und der BTU Cottbus–Senftenberg auf dem Gebiet der zellfreien Proteinsynthese fokussiert sich auf neue Enzyme für Schlüsselreaktionen in der Personalisierten Medizin und der industriellen Biokatalyse. Dies hat ein einzigartiges Potential für die BTU als Technologiemotor für den Strukturwandel der Lausitz in Richtung einer nachhaltigen Industrieregion. PZ-Syn soll sich in Zukunft zu einem neuen Fraunhofer Standort entwickeln, der führend ist bei biotechnologischen Synthesen, Testungen und Anwendungen komplexer Biomoleküle, Wirkstoffe und Spezial-Diagnostika.

Die Medikamentenentwicklung als auch die industrielle Syntheseprozesse benötigen gereinigte Proteine. Eine von Prof. Dr. Katrin Scheibner vom Fachgebiet Enzymtechnologie der BTU und von Prof. Dr. Martin Hofrichter der TU Dresden in Pilzen entdeckte Enzymgruppe, die Peroxygenasen, verspricht hohe Umsatzraten für die Industrie und gerade in der Entwicklung und Erforschung von Medikamenten große Innovationspotentiale.

Was die Peroxygenasen für die Medizin so interessant macht, ist die Ähnlichkeit zu komplexen Leberenzymen. Das bedeutet, dass sie vergleichbare Reaktion durchführen, die sich auch bei der Metabolisierung von Medikamenten in der menschlichen Leber durch das Cytochrom-P450-Enzymsystem ereignen. Bei diesen Vorgängen entstehen Metabolite, Abbauprodukte der Medikamente, welche mitunter starke Nebenwirkungen erzeugen können. Die Ähnlichkeit zu durch Leberenzyme entstandenen Metaboliten wird mithilfe von physiologisch relevanten Leberzellkulturen der neuesten Generation überprüft, die Prof. Dr. Jan-Heiner Küpper am Fachgebiet Molekulare Zellbiologie der BTU entwickelt und kultiviert. Die Pharmaindustrie hat großes Interesse daran, möglichst viele dieser Wirkstoffmetabolite einzusetzen.

Im Gegensatz zu anderen weniger komplexen Proteinen lassen sich die »unspezifischen Peroxygenasen« nur schwer heterolog, also durch Wirtsorganismen wie zum Beispiel Bakterien in aktiver Form produzieren. Bisher konnten diese nur unter großem Aufwand dort isoliert werden, wo sie natürlicherweise vorkommen: in Pilzen. Ein Ziel von PZ-Syn ist es, erstmals die katalytische Vielfalt von mehr als 4000 putativen Peroxygenasen zellfrei, also ohne lebendes Wirtssystem, zugänglich zu machen. Eine aufwendige Reinigung von Kultivierungsbestandteilen und auch die Abhängigkeit von lebenden Zellen würden wegfallen. Weltweit führend auf dem Gebiet der automatisierten, zellfreien Proteinsynthese in größerem Maßstab ist die von Dr. Stefan Kubick geleitete Arbeitsgruppe “Zellfreie Proteinsynthese” am Fraunhofer IZI-BB am Standort Potsdam-Golm.

Mit der Etablierung von zellfreien Syntheseplattformen, die gleichzeitig einen so direkten Bezug zur Funktionsweise der menschlichen Leber haben, könnte künftig eine neue Generation pharmakologischer Testsysteme entstehen – erste erfolgversprechende Resultate deuten bereits darauf hin.

Gefördert wird die Projektgruppe vom Land Brandenburg mit rund 5 Mio. Euro über 5 Jahre. Nach erfolgreicher Begutachtung der Forschungs- und Transfertätigkeit am Ende der Projektlaufzeit soll die Projektgruppe institutionalisiert werden und als Außenstelle des Fraunhofer IZI-BB am Campus Senftenberg der BTU fortgeführt werden.

Leitung
Dr. Jan Kiebist

Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie
Institutsteil Bioanalytik und Bioprozesse (IZI-BB)
Am Mühlenberg 13
14476 Potsdam
Telefon: +49 331 581 87 -108
E-Mail

Die vom Land Brandenburg geförderte Fraunhofer-Projektgruppe „Biofunktionalisierung / Biologisierung von Polymermaterialien“ (BioPol) des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Polymerforschung IAP hat am 01.07.2018 ihre Arbeit am BTU-Standort Senftenberg für fünf Jahre aufgenommen. Im Anschluss wurde sie positiv schlussevaluiert und am Standort Senftenberg verstetigt.

Das Ziel der Projektgruppe BioPol ist die Entwicklung nachhaltiger Materialien mit neuen Eigenschaften, die durch den „Einbau“ biologischer Funktion erreicht werden können, um innovative technisch-industrielle Produkte herzustellen mit neuen Anwendungen in den unterschiedlichsten Bereichen.

Auf den ersten Blick scheinen Kunststoff und Biologie unvereinbare Gegensätze zu sein, doch die Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Polymerforschung IAP und der BTU Cottbus-Senftenberg zeigen, dass beides gut zusammengehen kann, indem sie ihre wissenschaftlich-technologischen Expertisen in der Projektgruppe „BioPol“ bündeln –  hier: das Know-how des Fraunhofer IAP aus den Bereichen Biopolymere und Verarbeitungstechnik mit dem der BTU aus den Fachgebieten Technische Mikrobiologie und Naturstoffchemie zusammenführen. So gelingt es, Polymermaterialien mit Biobausteinen, wie Peptiden, Enzymen oder Zuckermolekülen, miteinander zu kombinieren. Diese Biomoleküle können entweder gezielt auf der Polymeroberfläche verankert oder direkt ins Polymermaterial eingemischt sein. Die Herausforderung hierbei liegt im weiteren Verarbeitungsprozess – neben großer Scherkraftwirkung auch sehr hohen Temperaturen standzuhalten – um die Eigenschaften der eingemischten sensiblen Biomoleküle zu erhalten. Anwendungen finden diese entwickelten Materialien z. B. als antimikrobielle, hygienische Oberflächen; als enzymatisch aktive Bauteile, die Fouling verhindern; als Materialien, die bioabbaubar sind oder auch Abwässer von Arzneimittelrückständen befreien können. Die Präsentation erster Ergebnisse der Projektgruppe haben gezeigt, dass das vorgegebene Ziel nicht trivial ist, dennoch erreicht werden kann.

Die Verarbeitung dieser entwickelten Materialien erfolgt in dem Verarbeitungstechnikum für Biopolymere, das von Fraunhofer IAP in direkter Nachbarschaft zum Campus Senftenberg auf dem BASF-Gelände in Schwarzheide betrieben wird.

Die Projektgruppe vereint wissenschaftliche Erkenntnisse mit den Bedarfen der Wirtschaft und kann neue Impulse für wirtschaftliche Entwicklungen im Bereich der Biofunktionalisierung und Biologisierung von Polymermaterialien geben und damit einen wichtigen Beitrag für die Schaffung hochqualifizierter Arbeitsplätze in der Region leisten – das ist gerade vor dem Hintergrund der Strukturentwicklung in der Lausitz von zentraler Bedeutung. Dafür plant die Gruppe, sukzessiv zu wachsen und sich am Ende der Projektlaufzeit nach dem Fraunhofer-Finanzierungsmodell zu finanzieren, um als Außenstelle des Fraunhofer IAP am BTU-Standort Senftenberg institutionalisiert und fortgeführt zu werden.

Ein Folgeprojekt ist BioPol-3D, bei dem personalisierte Knorpelzellimplantate aus dem 3D-Drucker entwickelt werden. Gemeinsam mit Prof. Ursula Anderer von der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg (BTU) entwickelt das Fraunhofer IAP Tinten für den 3D-Biodruck, die bereits die Knorpelzellen von Patientin oder des Patienten enthalten. Die Zellen sind dabei in ein Hydrogel eingebettet. Diese Biotinten können während oder nach dem Druck vernetzt oder stabilisiert werden, um die gewünschte Form und Struktur zu erzeugen. Das Projekt startete im Januar 2024 und wird mit rund 2 Millionen Euro durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.

Leitung
Prof. Dr. Ruben R. Rosencrantz

Lehrstuhl Biofunktionelle Polymermaterialien
BTU Cottbus-Senftenberg
Universitätsplatz 1
01968 Senftenberg
E-Mail

Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP
Forschungsbereichsleiter - Life Science und Bioprozesse
Geiselbergstraße 69
14476 Potsdam-Golm
Telefon: +49 331 56 83 20 3

Die Fraunhofer IKTS-Projektgruppe »Kognitive Materialdiagnostik« (KogMatD) entwickelt intelligente Systeme zur Materialdiagnostik auf Basis künstlicher Intelligenz (KI) und maschinellen Lernens (ML). Primäres Ziel des interdisziplinären Expertenteams ist es, Forschungsergebnisse schnell in die gesellschaftliche Anwendung zu transferieren, um schnellstmöglich von der virtuellen Produktentwicklung bis zur umfassenden Automatisierung und Vernetzung der Unternehmensprozesse wirksam zu werden.

Die Projektgruppe »Kognitive Materialdiagnostik«, unter der Leitung von Dr. Constanze Tschöpe, die zudem die Gruppe ›Maschinelles Lernen und Datenanalyse‹ am Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme IKTS leitet, bündelt dafür das Know-how zur Materialdiagnostik und zerstörungsfreien Prüfung des Fraunhofer IKTS und der Brandenburgischen Technischen Universität (BTU), hier speziell der Gruppe »Maschinelles Lernen und Datenanalyse« (Prof. Matthias Wolff) mit der Expertise zur künstlichen Intelligenz und deren Forschungscluster »Kognitive Systeme«. In diesem Cluster werden Forschungen an technischen Systemen, welche die Fähigkeit zum Wahrnehmen, Interpretieren, Denken und Handeln besitzen, miteinander verbunden. Dabei arbeiten sieben Fachgebiete der Informatik, Elektrotechnik, Mathematik und Medienwissenschaften der BTU unter verschiedenen fachlichen Gesichtspunkten eng zusammen. Die Projektgruppe ist das Ergebnis einer langjährigen erfolgreichen Zusammenarbeit von IKTS mit der BTU und trägt dazu bei, das wissenschaftliches Profil weiter zu schärfen und die anwendungsorientierte Forschung und den Technologietransfer an der BTU zu stärken.

Die Projektgruppe KogMatD kann somit neue Impulse für wirtschaftliche Entwicklungen im Bereich der kognitiven Materialien, des maschinellen Lernens und der künstlichen Intelligenz geben und einen wichtigen Beitrag für die Schaffung hochqualifizierter Arbeitsplätze in der Region leisten – das ist gerade vor dem Hintergrund der Strukturentwicklung in der Lausitz von zentraler Bedeutung. Dafür plant die Gruppe, sukzessiv zu wachsen.

Das Land Brandenburg fördert die Fraunhofer-Projektgruppe KogMatD mit 2,6 Mio. €uro über 5 Jahre. Nach erfolgreicher Begutachtung der Forschungs-, Entwicklungs- und Transfertätigkeit am Ende der Projektlaufzeit soll die Projektgruppe institutionalisiert werden und als Außenstelle des Fraunhofer IKTS am Campus Cottbus der BTU fortgeführt werden.

Leitung
Dr.-Ing. Dipl.-Inf. Constanze Tschöpe
Siemens-Halske-Ring14
03046 Cottbus
Lehrgebäude 3A / Raum 334
Telefon: +49 355 69 43 70 oder +49 355 69 21 50

Maschinelles Lernen und Datenanalyse
Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS
Maria-Reiche-Str. 2
01109 Dresden
Telefon +49 351 88 815 - 522
E-Mail

Prof. Dr.-Ing. Matthias Wolff
Siemens-Halske-Ring 14
03046 Cottbus
Telefon: +49 355 69 21 28

Die vom Land Brandenburg geförderte Fraunhofer-Projektgruppe „Zentrum für nachhaltige Leichtbautechnologien“ (ZenaLeb) des Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP hat am 01.08.2021 ihre Arbeit am Standort Cottbus zunächst für fünf Jahre aufgenommen.

Die Projektgruppe ZenaLeb entwickelt und verarbeitet neuartige polymerbasierte Hybrid- sowie Composite-Werkstoffe für effiziente und hochbelastbare Leichtbaustrukturen im Rahmen von fünf Handlungsfeldern (s. Abb.):

• Materialien und Herstellungstechnologien für hochintegrierte Leichtbaukomponenten;
• Auslegung, Konstruktion und Herstellung von Druckbehältern;
• Entwicklung von Structural Health Monitoring Systemen;
• Ganzheitliche Gestaltung und Optimierung mehrschichtiger Faserverbundstrukturen;
• Test von Druckbehältern.

Die Projektgruppe befasst sich mit der ganzheitlichen Betrachtung der gesamten Wertschöpfungskette bei der ressourceneffizienten Gestaltung von Leichtbaustrukturen, wobei insbesondere auf die Nachhaltigkeit im Sinne einer echten Kreislaufwirtschaft sowie auf Fragen des Recyclings der entwickelten Materialien und Produkte fokussiert wird. Entlang der Wertschöpfungskette von der Polymerentwicklung bis hin zur Materialaufbereitung und -verarbeitung sollen ganzheitliche marktfähige Systemlösungen entwickelt werden. Darüber hinaus werden wichtige Konstruktions- und Auslegungsrichtlinien erarbeitet, die jeweils in umfangreichen Komponententests abgesichert und bestätigt werden. Durch diese Optimierung von Herstellungsschritten wird eine Fertigung im industriellen Maßstab für die Zukunft angestrebt, die bereits schon während der Projektlaufzeit mit Industriepartnern in konkreten Teilprojekten umgesetzt werden soll.

Die Projektgruppe ZenaLeb kann neue Impulse für wirtschaftliche Entwicklungen im Bereich effizienter und hochbelastbarer Leichtbaustrukturen geben und einen wichtigen Beitrag für die Schaffung hochqualifizierter Arbeitsplätze in der Region leisten – das ist gerade vor dem Hintergrund der Strukturentwicklung in der Lausitz von zentraler Bedeutung. Dafür plant die Gruppe, sukzessiv zu wachsen und sich am Ende der Projektlaufzeit nach dem Fraunhofer-Finanzierungsmodell zu finanzieren, um als Außenstelle des Fraunhofer IAP am BTU-Standort Cottbus institutionalisiert und fortgeführt zu werden.

Das Land Brandenburg fördert die Fraunhofer-Projektgruppe ZenaLeb mit 4,5 Mio. €uro über 5 Jahre.

Leitung
Herr Prof. Dr.-Ing. Holger Seidlitz,

Fakultät 3 für Maschinenbau, Elektro- und Energiesysteme, Fachgebiet Polymerbasierter Leichtbau
E-Mail
Forschungsbereichsleiter am Fraunhofer-IAP, Polymermaterialien und Composite PYCO
E-Mail

Adresse der Projektgruppe ZenaLeb:
BTU Cottbus – Senftenberg
Projektgruppe Zentrum für nachhaltige Leichtbautechnologien ZenaLeb
Walther-Pauer-Str. 5
03046 Cottbus