Was in der Natur längst ausgereift ist, kann auch in der Medizintechnik neue Impulse geben – vorausgesetzt, die Übertragung gelingt auf funktionaler, technischer und regulatorischer Ebene. Das machte das Webinar am 12. November 2025 deutlich, in dem Prof. Dr. Oliver Schwarz 33 Teilnehmenden Einblicke in aktuelle Projekte zur biomimetischen Produktentwicklung gab.
Den Auftakt bildete die Vorstellung technischer Herzklappen – inspiriert vom biologischen Vorbild. Gezeigt wurde die technologische Entwicklung von einfachen Kugelkäfigprothesen über ein- und dreiflügelige Klappen bis hin zu biofunktionalen Polymerklappen. Prof. Schwarz berichtete von einem früheren Projekt zwischen dem Fraunhofer IPA, der RWTH Aachen und der Hemoteq AG und der Zielsetzung, eine Venenklappe aus graduierten Polymermaterialien zu entwickeln, die das elastische Verhalten ihrer natürlichen Vorlage nachbildet. Sie wurde in präklinischen Studien erfolgreich bei Schafen getestet und zeigte hohes Potenzial, etwa für veterinärmedizinische Anwendungen.
Ein weiteres Beispiel: Bandscheibenimplantate. Aufbau und Funktion natürlicher Bandscheiben mit ihrem gallertartigen Kern und den schichtartig angeordneten Fasern wurden mit Polymerkernen und Stahlkomponenten technisch umgesetzt. Ziel war es, bei Bewegungen wie Beugen oder Drehen realistische Deformationen und Beweglichkeiten der Wirbelsäule zu erreichen – mit Erfolg.
Im Bereich chirurgischer Instrumente stellte Prof. Schwarz die Herausforderung der wiederholten Knochenresektion vor, bei der bislang jeder Schnitt und Abtransport von Knochenmaterial einen neuen Ansetzvorgang erfordert. Mit seinem Team suchte er nach biologischen Funktionsmustern, die Alternativen zum technischen „Stanzen“ und „Abtransportieren“ bieten. Fündig wurden sie unter anderem bei Schlangen und ihrem Schluckmechanismus: Das sogenannte „Anaconda-Prinzip“ basiert auf deren Kiefermechanik, bei der Zahnschienen abwechselnd die Beute transportieren. Der Schneidvorgang ist dagegen inspiriert vom Reißmechanismus, der in Katzengebissen mit Reißzähnen zum Tragen kommt und eine Kraftersparnis von mehr als 50% bewirkt. Technisch umgesetzt wurde dieses Prinzip in Resektionsinstrumenten, die bis zu 40 Knochenteile aneinanderreihen und abführen kann – ohne die OP-Stelle zu verlassen.
Weitere Beispiele unterstrichen das breite Anwendungsspektrum:
Prothesen für Sport und Alltag nahmen sich den Vogelstrauß zum Vorbild – schnellster zweibeiniger Läufer, der 60 km/h über eine halbe Stunde halten kann, und doch scheinbar entspannt stehen kann. Daraus entstand eine Prothese mit integriertem Schnappmechanismus, die schnelles, effizientes Laufen ermöglicht, ohne auf die Anforderungen des entspannten Gehens und Stehens im Alltag zu verzichten.
Daneben stellte Prof. Schwarz auch selbstadaptive Pinzetten auf Basis des bekannten Fin-Ray®-Effekts, inspiriert von Fischflossen, oder auch eine therapeutische Handorthese zur motorischen Rehabilitation nach Schlaganfällen vor. Alle Beispiele zeigten beeindruckend, wie gezielte Übertragung biologischer Prinzipien konkrete medizintechnische Anwendungen hervorbringt.
„Hunderttausende von Tieren haben bestimmte Mundwerkzeuge – zum Stechen, Schneiden oder Klammern. All diese Tätigkeiten braucht der Arzt im OP-Saal“, so Prof. Schwarz. Der Schlüssel liegt darin, bekannte biologische Wirkmechanismen systematisch auf technische Herausforderungen zu übertragen – mit Kreativität, wissenschaftlicher Präzision und einem klaren Blick für die Umsetzbarkeit.