Synthese neuartiger Verbundwerkstoffe für den Knochenersatz aus Calciumphosphaten, Calciumcarbonaten und Polylactiden und deren mechanische und biologische Eigenschaften

Abert, Jessica; Fischer, Horst; Telle, Rainer

doi:36471

Synthese neuartiger Verbundwerkstoffe für den Knochenersatz aus Calciumphosphaten, Calciumcarbonaten und Polylactiden und deren mechanische und biologische Eigenschaften

Abert, Jessica

2017

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Jessica Abert

ImpressumAachen 2017

Umfang1 Online-Ressource (X, 201 Seiten) : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2017

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak05

Hauptberichter/Gutachter
Fischer, Horst (Thesis advisor) ; Telle, Rainer (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2017-03-10

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2017-07217
URL: http://publications.rwth-aachen.de/record/697676/files/697676.pdf
URL: http://publications.rwth-aachen.de/record/697676/files/697676.pdf?subformat=pdfa

Einrichtungen

Lehr- und Forschungsgebiet Zahnärztliche Werkstoffkunde und Biomaterialforschung (542000-3)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Implantat (frei) ; Knochenersatz (frei) ; Biomaterial (frei) ; biodegradierbar (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Im Fokus der vorliegenden Arbeit stand die Entwicklung und Charakterisierung eines biodegradierbaren Verbundwerkstoffes aus Polylactid (PDLLA bzw. PLLA), β-Tricalciumphosphat und Calciumcarbonat für den Knochenersatz, der sich zur Verarbeitung zu 3D-Scaffolds mittels Laserschmelzprozess eignet. Polylactid diente als schmelzfähige, adhäsive Komponente, β-TCP als knochenähnliche Mineralphase und Calciumcarbonat zur Pufferung der aciden Degradation des Polylactids. Werkstoffkundliche Herausforderungen bei diesem Mehrstoffsystem waren insbesondere eine zu schnelle Degradation und die prinzipielle Neigung zur Quellung. Ein Anteil von 60 Gew.-% Polymer wies den besten Kompromiss bezüglich Verarbeitbarkeit und Prüfkörperfestigkeit aufgrund des starken Schmelzverbundes sowie knochenähnlicher Eigenschaften durch den keramischen Anteil auf. Es konnte eine Biegefestigkeit von bis zu 90 MPa der Prüfkörper aus den PDLLA-basierten Werkstoffen erreicht werden. Während der Lagerung in Phosphat-Puffer zeigte sich jedoch bereits innerhalb der ersten acht Wochen ein starker Abfall der Biegefestigkeit aufgrund einer Matrixquellung von bis zu 60 Vol.-%. Die für eine Herstellung von maßgeschneiderten 3D-Implantatgeometrien kritische Quellung konnte bei einem PLLA-Calciumcarbonat-Verbundwerkstoff nahezu verhindert werden. Während die Aktivität humaner mesenchymaler Stammzellen auf allen PDLLA-basierten Werkstoffen aufgrund der starken Volumenquellung stark abnahm, zeigten die Zellen auf dem PLLA-basierten Verbundwerkstoff eine sehr gute Viabilität.

Biodegradable composite materials consisting of polylactide (PDLLA and PLLA), β-tricalcium phosphate (β-TCP), and calcium carbonate were developed as a novel bone substitute candidate aiming to manufacture 3D scaffolds via selective laser melting (SLM). Polylactide was chosen as a biodegradable, meltable and adhesive component. β-TCP was used because of its bone-like mineral phase, calcium carbonate for buffering the acidic degradation of the polylactide component. Critical aspects were a vast volumetric swelling and an accelerated degradation of the polymeric component during the SLM process. Concerning to processing, mechanical strength and bone-like properties the polymeric content was set to 60 wt%. The prepared test specimens indicated a bending strength up to 90 MPa. Because of a vast volumetric swelling the bending strength of PDLLA-containing specimens decreased about 60 vol% after storage of 8 weeks in phosphate buffer. A swelling and thus a volume increase could be critical, especially for using the tri-phase bone substitute compound as 3D scaffold with defined dimensions. The swelling of the specimens was almost completely prevented by using PLLA instead of PDLLA. The viability of human mesenchymal stem cells cultivated on PDLLA-based materials decreased due to the volumetric swelling, while the cells cultivated on PLLA-based materials indicated a good viability.

OpenAccess:
PDF PDF (PDFA)
(additional files)