smart4life

Smart Materials and Electronics for Life

Der Zukunftscluster-Finalist „Smart Materials and Electronics for Life“ (smart4life) aus der Region Dresden ermöglicht disruptive Entwicklungen an der Schnittstelle zwischen Elektronik und Medizin. In seiner Vision von der adaptiven Medizintechnik der Zukunft werden personalisierte Implantate oder das in vivo-Monitoring von Operationswunden Wirklichkeit.

Das Zukunftscluster smart4life – Smart Materials and Electronics for Life verbindet elektronische und biologische Systeme. Im Vordergrund ist eine menschliche Hand mit einem flexiblen elektronischen Dünnschichtbauteil zu sehen, im Hintergrund die Frauenkirche als Symbol für die Region Dresden.
Smart4life – Smart Materials and Electronics for Life verbindet elektronische und biologische Systeme. Quelle: © Frederik Nehm, TU Dresden

Was macht den Zukunftscluster-Finalisten aus?

Durch die Verschmelzung biologischer und elektronischer Prozesse können die Grenzen zwischen elektronischen Schaltungen und lebenden Organismen aufgehoben werden. Damit könnten biologische Prozesse in lebenden Geweben direkt digitalisiert werden und biologische Kommunikationsprozesse mithilfe digitalisierter Information steuerbar sein. Ziel von smart4life ist es, die neue bio-interaktive Elektronik als Schlüsseltechnologie für bahnbrechende Ansätze in medizinischer Diagnostik und Therapie nutzbar zu machen. Davon ausgehend sollen neue medizinische Produkte realisiert werden. Der Dresdner Zukunftscluster-Finalist setzt dabei auf den Zusammenschluss von Medizin und Materialwissenschaften. Bereits frühzeitig sollen zudem Aspekte wie Datensicherheit, Design, Recycling und Nutzerakzeptanz mit einbezogen werden.

Welche Vorteile bringt der Ansatz für den Innovationsstandort Deutschland?

Digitale Informationsverarbeitung mit Hilfe von Elektronik hat nahezu alle Lebensbereiche verändert. Während im Regelfall anorganische, statische Materialien hierfür genutzt werden, zeigen solche neuen Ansätze zu einer Elektronik auf Basis organischer Materialien verbesserte Eigenschaften: mechanische Flexibilität, Transparenz und biologische Abbaubarkeit. Auf Basis dieser Schlüsseltechnologie sind vielfältige disruptive Ansätze in medizinischer Diagnostik und Therapie in Zukunft denkbar, von denen Deutschland weitreichend profitiert.

Warum „Zukunftscluster-Finalist“?

In der 1. Wettbewerbsrunde wurden 16 Zukunftscluster-Finalisten ausgewählt, die in der Konzeptionsphase eine Clusterstrategie entwickeln sollen. Ende Januar 2021 wird eine unabhängige Jury dem BMBF bis zu sieben Finalisten zur weiteren Förderung empfehlen. Diese ausgewählten Finalisten dürfen dann den Titel „Zukunftscluster“ tragen.

Weitere Hintergrundinformationen zu smart4life

Mit den folgenden Texten stellt sich Ihnen der Zukunftscluster-Finalist smart4life vor.

In der Vision von smart4life soll durch eine Verschmelzung biologischer und elektronischer Prozesse die Grenze zwischen elektronischen Schaltungen und lebenden Organismen aufgehoben und eine zielgerichtete Steuerung biologischer Kommunikationsprozesse in lebenden Geweben mittels digitalisierter Information ermöglicht werden. Ziel von smart4life ist die Entwicklung einer neuartigen bio-interaktiven Elektronik, um diese als Schlüsseltechnologie für vielfältige Ansätze in der medizinischen Diagnostik und Therapie einzusetzen. Eine spezielle Sensorik in flexiblen Wundauflagen oder Implantaten, welche Körperfunktionen überwachen, Wirkstoffe abgeben und sich nach vollendetem Zweck rückstandslos auflösen, könnten beispielsweise eine effektive Überwachung von Heilungsprozessen oder eine dem Bedarf angepasste, zielgerichtete Steuerung biologischer Prozesse erlauben – ganz ohne schweres Gerät und langem Aufenthalt im Krankenhaus, dafür mit maximaler Mobilität und kaum merklicher Technologie. Das würde nicht nur den Patientenalltag erleichtern und für eine schnellere Genesung sorgen, sondern durch zunehmende Verlagerung hochfunktionaler Medizintechnik in den häuslichen Point-of-Care Bereich auch eine Entlastung des Gesundheitssystems mit sich bringen.

Zur Realisierung dieser Vision setzt smart4life auf die Bildung neuer Synergien. Das Netzwerk vereint vielfältige Expertisen aus Forschung und Industrie in Dresden und Umgebung: aus Physik, Ingenieurswesen und Chemie entstehen neuartige Materialien, Sensoren und Technologien. Hinzu kommen Medizin und Biologie mit Ideen zur Umsetzung dieser Ansätze in disruptive Medizintechnik. Verantwortliche aus den Rechts- und Gesellschaftswissenschaften gewährleisten die Einhaltung der Datensicherheit und unterstützen eine reibungslose Überführung in lizenzierte und gesellschaftlich akzeptierte Medizinprodukte.

smart4life vereint Schlüsselerkenntnisse aus grundlegender Forschung verschiedener Partner in Dresden. Die organische Elektronik bildet seit über 20 Jahren am Dresden Integrated Center for Applied Physics and Photonic Materials (IAPP) der Technischen Universität (TU) Dresden die Forschungsgrundlage zur Entwicklung neuartiger, hochfunktionaler Bauteile wie organischer Solarzellen, Leuchtdioden, Transistoren und Sensoren. Ihre inhärenten Eigenschaften prädestinieren sie dabei für den Einsatz im Life Science-Sektor. Neben den elektronischen Bauelementen ermöglichen fundamentale Forschungsergebnisse im Bereich Materialentwicklung völlig neue Möglichkeiten zur Einstellung von Materialparametern.

Weitere exzellente Forschungsergebnisse liefert beispielsweise das Max-Bergmann-Zentrum für Biomaterialien, eine gemeinsame Einrichtung des Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e. V. (IPF) und der TU Dresden. Zu diesen Ergebnissen gehören unter anderem neue Prinzipien für bio-responsive Polymersysteme, die eine biologisch rückgekoppelte Bereitstellung und Bindung von bioaktiven Substanzen möglich machen. Darauf aufbauend konnten bereits neuartige Medizinprodukte sowie Matrixmaterialien hergestellt werden. Elektrisch leitfähige, bioresponsive Hydrogele als erfolgreiche Kombination von Biohybrid-Materialien stellen zusätzliche grundlegende Forschungsergebnisse für smart4life dar.

Auch die HTW Dresden ist dank ihrer starken Praxisorientierung und Exzellenz im Forschungstransfer ein wichtiger Akteur bei smart4life. So wurden u. a. neue biobasierte Materialien entwickelt und patentiert. Aus diesen konnten flexible biokompatible organische Substraten mit ersten Sensoren und Schaltungen realisiert werden. Zusammen mit der TU Dresden und weiteren regionalen Akteure bildet die HTW Dresden eine Keimzelle für neue, disruptive Technologien.

In der Konzeptionsphase beschäftigt sich das Team des Zukunftscluster-Finalisten smart4life intensiv mit der Ausgestaltung von innovativen Projekten auf dem Gebiet der Bioelektronik. Um eine möglichst kreative und produktive Atmosphäre zu schaffen, werden eine Kick-Off Veranstaltung, ein Innovationsforum sowie mehrere Kreativworkshops durchgeführt. Dazu werden Expertinnen und Experten aus verschiedenen Fachgebieten der Industrie und Forschung eingeladen. Die gewonnenen Erkenntnisse finden direkte Anwendung in der Projektplanung und Ausrichtung des Clusters. Dadurch wird smart4life optimal in die bestehende Industrie- und Forschungslandschaft in Dresden und Sachsen integriert. Zusätzlich werden bei den Veranstaltungen rechtliche und ethische Aspekte sowie innovationsbegleitende Maßnahmen zur Förderung der Translation, Fachkräftesicherung, Wissenschaftskommunikation und gesellschaftlicher Akzeptanz mit Expertinnen und Experten auf diesen Gebieten diskutiert. Organisiert und durchgeführt werden die Veranstaltungen, die Ausgestaltung des Hauptantrages sowie die Einbindung der durch Projektteams erarbeiteten Projektanträge unter Leitung eines 5-köpfigen Steuerungskomitees und mithilfe einer 8-köpfigen Kerngruppe.

Auf einen Blick
  • Projektlaufzeit: 01.05.2020 bis 31.10.2020
  • Zuwendung des Verbundes: 192.251,6 € (inkl. Projektpauschale)
  • Zuwendungsempfänger: Technische Universität Dresden; Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden

Die Akteure von smart4life planen den Brückenschlag zwischen Medizin und Elektronik und diesen mittels disruptiver medizinischen Ansätze in die Anwendung überführen. Der Fokus des Zukunftscluster-Finalisten liegt im Bereich medizinischer Diagnostik und Therapie mit einem starken Augenmerk auf Technik für den Menschen. Er stellt sich den gesellschaftlichen Herausforderungen im Bereich Gesundheit und Pflege und möchte diese durch nachhaltige Produkte für alle Altersgruppen angehen. Die Entwicklung bis zur Marktreife soll in einer offenen Innovationskultur, in der Wissen zur Wirkung gebracht und durch Innovationsnetzwerke gewonnen und umgesetzt wird, erfolgen. Starke Partner in diesem Zusammenhang sind die lokalen Cluster „Organic Electronic Saxony“ (OES) und BioSaxony, zudem viele Start-Up’s und KMU’s vor Ort. Diese sollen durch ihre Flexibilität gemeinsam mit den Partnern in smart4life die gedachte Revolution der Technik anstoßen.

Um die Entwicklungen an die Menschen heranzutragen, für die sie gedacht sind, soll die Gesellschaft von Beginn an eingebunden werden - durch vielfältige Formate wie Schülertage, die Lange Nacht der Wissenschaften und offene Diskussionen. Das Herantragen von Technik und Technologie soll vor allem Jüngere zu einem naturwissenschaftlich orientierten Studium ermutigen. Dabei ist das Hauptanliegen der Verantwortlichen, Skepsis durch eine offene und transparente Teilhabe der Gesellschaft abzubauen und Brücken zwischen Wissenschaft und Gesellschaft zu bauen.