Neue Forschungsgruppe erforscht Magnesiumlegierungen als Implantatmaterialien

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft hat Dr. Tim M. Schwarz, Postdoktorand am Max-Planck-Institut für nachhaltige Materialien, das Walter Benjamin-Stipendium verliehen. Dieses Stipendium ermöglicht es Schwarz, seine Forschung zur Erforschung der Nasskorrosion von Magnesiumlegierungen, einem vielversprechenden Kandidaten für bioresorbierbare Implantate, voranzutreiben und seine eigene Forschungsgruppe zum Thema „Grenzflächenprozesse/-reaktionen auf atomarer Ebene“ aufzubauen.

„Ich freue mich sehr, dieses Stipendium zu Beginn meiner Postdoktorandenforschung zu erhalten. Es ist eine großartige Anerkennung meiner Bemühungen der letzten Jahre, die Atomsondentomographie weiterzuentwickeln, um Grenzflächenprozesse und -reaktionen auf atomarer Ebene in-situ untersuchen zu können. Dieser Preis ermöglicht es mir, die Mikroskopiemethode anzuwenden, die ich während meiner Promotion weiterentwickelt habe, um den Korrosionsmechanismus an der Flüssigkeit-Feststoff-Grenzfläche von Magnesiumlegierungen zu erforschen, die großes Potenzial als Implantatmaterialien haben, wenn ihr Korrosionsverhalten besser verstanden und kontrolliert werden kann“, sagt Schwarz.

Fest-Flüssig-Grenzflächen sind entscheidend für die Verbesserung der Materialeigenschaften in Anwendungen von Batterieelektroden und katalytischen Reaktionen bis hin zu biomedizinischen Implantaten. Die Möglichkeiten, diese Prozesse vor Ort an der Flüssig-Fest-Grenzfläche mit hoher lokaler und chemischer Auflösung zu analysieren, sind jedoch sehr begrenzt und behindern die Entwicklung neuer Materialien mit verbesserten Eigenschaften, bei denen die Atomsondentomographie eine entscheidende Rolle bei der Aufklärung der Prozesse spielen kann. Die wichtigsten Forschungsfragen lauten: Wie interagieren umgebende Flüssigkeiten wie Blut oder Elektrolyte mit den festen Implantat- oder Batterieelektrodenmaterialien und beeinflussen sie? Welche Korrosionsprodukte bilden sich und wie trennen sich verschiedene Elemente und beeinflussen die Eigenschaften?

Während seiner Doktorarbeit wurde Schwarz mit dem Erwin Müller Outstanding Emerging Scientist Award ausgezeichnet, der höchsten Auszeichnung der Field Emission Society. „Magnesiumlegierungen spielen in meinem neuen, durch das Walter Benjamin Grant geförderten Projekt eine zentrale Rolle. Magnesium ist sowohl biokompatibel als auch biologisch abbaubar, was es ideal für Implantate macht, die im Laufe der Zeit auf natürliche Weise resorbiert werden können, im Gegensatz zu temporären Implantaten aus Titan oder Stahl, die nach einer bestimmten Zeit entfernt werden müssen. Schnelle und unvorhersehbare Korrosion bleibt jedoch eine große Herausforderung“, erklärt Schwarz.

Mithilfe der Atomsondentomographie ermöglicht Schwarz‘ Methode nun die Analyse gefrorener Flüssigkeiten und der Flüssigkeit-Feststoff-Grenzfläche bei nahezu atomarer Auflösung. Der nächste entscheidende Schritt, den er in seinem Projekt erreichen möchte, ist die Fähigkeit, den Einfluss verschiedener Legierungselemente und Elektrolyte auf die reaktiven Grenzflächen zwischen Flüssigkeiten und Feststoffen in Echtzeit zu analysieren.

Das Walter Benjamin-Stipendium bietet jungen Postdoktoranden die Möglichkeit, ein unabhängiges Forschungsprojekt ihrer Wahl durchzuführen, wobei die Stelle des Gruppenleiters über einen Zeitraum von zwei Jahren finanziert wird. Die gastgebende Institution trägt zusätzliche Projektausgaben. Das nach dem deutschen Philosophen und Kulturkritiker Walter Benjamin (1892-1940) benannte Stipendium unterstützt Projekte von intellektueller und wissenschaftlicher Tiefe in verschiedenen Bereichen.

Über das Max-Planck-Institut für nachhaltige Materialien (MPI SusMat)

Das Max-Planck-Institut für nachhaltige Materialien (MPI SusMat) erforscht klimaneutrale, ressourcenschonende Ansätze zur Herstellung, Nutzung und Wiederverwertung wichtiger Materialien für moderne Gesellschaften. Das MPI SusMat will Metalle mit Wasserstoff anstelle von fossilen Brennstoffen produzieren, die Lebensdauer von Materialien verlängern, die Recyclingfähigkeit verbessern und Abfälle minimieren. Bei der Entwicklung von Materialien, die diese Anforderungen erfüllen, setzt das Institut zunehmend auf künstliche Intelligenz, um den Prozess deutlich effizienter zu machen. Das Institut führte seine Forschung bis 2024 unter dem Namen Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH.

Quelle und Vorschaubild: Max-Planck-Institut für nachhaltige Materialien (MPI SusMat)