Entwicklung von Calciumphosphat-Biokeramiken mit anisotropem Porengefüge für das Tissue-Engineering unter Einsatz von keramischen Hohlfilamenten
Projektleiter: Dr. Thomas Schulze
Projektnummer: BMWK / IGF, Dechema, 20610 BR
Laufzeit: 01.03.2019 – 30.04.2022
Aufgabenstellung
Das Ziel der F&E-Arbeiten bestand in der Erarbeitung einer Technologie zur Herstellung poröser Formkörper aus Hydroxylapatit und Calciumtriphosphat mit längsgerichteten (anisotropen) Porenkanälen, welche als Knochenersatzmaterialien zur Anwendung kommen sollen. Das zu entwickelnde Material muss so gestaltet sein, dass gegenüber isotropen Formkörpern zusätzlich das Einwachsen von Blutgefäßen ermöglichen wird. Dazu sollten die Geometrie der Porenkanäle, als auch das Porensystem der Gerüstsubstanz für den Anwendungszweck optimiert werden. Eine hohe mechanische Festigkeit vorausgesetzt, können die Formkörper in lasttragenden Bereichen des Knochengerüsts eingesetzt werden und nach erfolgter Resorption dort verbleiben.
Ergebnisse
Formkörper der geforderten Spezifikation (Abmessungen, Porensysteme, mechanische Kennwerte, Phasenstabilität) wurden über den Weg der Hohlfasererspinnung auf Basis eines umweltfreundlichen Cellulosespinnverfahrens, der Konfektionierung (z. B. Bündelung), Beschlickerung bzw. Infiltration mit Bindephasen und anschließender Sinterung hergestellt. Erhalten wurden kompakte, mechanisch stabile Materialien in solchen Abmessungen, wie sie für eine Anwendung im Implantatbereich erforderlich sind. Bei Verwendung von qualitativ hochwertigen Ausgangsstoffen ist die Phasenreinheit der Produkte nach der Sinterung gewährleistet.
Anwendung
Wie in biologischen Testungen gezeigt werden konnte, erfolgt die Besiedelung mit Zellen in genormten Zeiträumen sowohl in den Außenbereichen als auch in den Porenkanälen. Damit ist ein Einsatz als Knochenersatzmaterial möglich. Im Projekt wurde branchenübergreifend (Faserherstellung – Konfektionierung – Sinterung – Anwendungsuntersuchungen) die gesamte Prozesskette abgebildet. Die einzelnen Forschungsstellen haben dabei die Möglichkeit der Maßstabsvergrößerung nachweisen können und somit einen Weg zur Überführung in einen kleintechnischen Maßstab aufgezeigt. KMU können sowohl als Lieferanten von Ausgangsmaterialien als auch als Hersteller solcher Produkte profitieren. Bei einem derzeit weltweit stark wachsenden Bedarf ist dabei die Schaffung neuer Arbeitsplätze, vor allem in Unternehmen mit kleinteiliger Produktion, zu erwarten.
