Spritzgießen von Biomaterialien bietet neue Perspektiven

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Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angew. Materialforschung - IFAM -

Wenn der Austausch eines Knochenstücks nach einer Fraktur medizinisch notwendig ist, wird in der Regel dem Patienten eigenes Knochenmaterial, beispielsweise aus dem Beckenkamm, entnommen und dann als Knochentransplantat eingesetzt. Nachteile sind zusätzlich verursachte Schmerzen, Kosten und ein begrenztes Angebot an geeignetem Knochenmaterial. Auch können Unverträglichkeiten und Übertragungen von Krankheiten auftreten [3].

Material wird im Körper abgebaut und durch eigenes Gewebe ersetzt

Beim so genannten Bone Tissue Engineering werden alternativ dazu Materialien verwendet, die innerhalb einer gewissen Zeit durch eigenes Gewebe des Patienten ersetzt werden. Eine mögliche Variante ist ein Komposit aus Calciumphosphat (dem Hauptbestandteil des Knochenminerals) und Polymilchsäure (PLA), einem biokompatiblen und resorbierbaren Biopolymer [4].

Am IFAM wurde auf Basis dieses Komposits ein Material entwickelt, das im Körper abgebaut und durch eigenes Gewebe des Körpers ersetzt werden könnte. Dabei wurde ein Verfahren zur Beschichtung von Calciumphosphat-Pulver mit PLA entwickelt.

Mikro-Metalpulver-Spritzgießen erlaubt Herstellung geeigneter PLA-Calciumphosphat-Komposite

Ausgehend von diesem beschichteten Pulver kann ähnlich dem beschriebenen μ-MIM-Verfahren eine Formmasse, bestehend aus dem Pulver und einem geeigneten Bindersystem, hergestellt werden. Mit dieser Verfahrensvariante können PLA-Calciumphosphat-Komposite mit hoher Dichte und hohen Anteilen an Hydroxylapatit (bis zu 70 Vol.-%) erreicht werden.

Damit soll die Neubildung eigenen Knochenmaterials angeregt werden, während das Implantat sich abbaut. In Bezug auf die mechanischen Eigenschaften zeigen die dichten Proben sehr ähnliche Werte wie einige mechanische Kenndaten des dichten menschlichen Knochens.

Forschung an gezielt eingestellten Porositäten mittels Mikro-Metallpulver-Spritzgießen

Ein weiterer Schwerpunkt der aktuellen Arbeiten am Institut ist die Herstellung von Proben mit gezielt eingestellten Porositäten. Dazu können für den Körper unbedenkliche Platzhalter, etwa Kochsalz, eingesetzt werden. Dieses wird im Laufe des Verarbeitungsprozesses ausgewaschen und hinterlässt je nach Menge eine offenporige Struktur wie in Bild 4 daregstellt. Die weiteren Untersuchungen werden die Optimierung der Porengröße und Porosität beinhalten sowie Tests zur In-vitro-Resorption und Biokompatibilität.

Literatur:

• [1] Rota A.: New Features in material issues for metallic micro components by MIM. In: Proceedings of the 2002 World Conference on Powder Metallurgy & Particulate Materials. Orlando/USA: Metal Powder Industries Federation 2002.
• [2] Imgrund P., A. Rota und A. Simchi: Microinjection moulding of 316L/17-4PH and 316L/Fe powders for fabrication of magnetic/non-magnetic bimetals. Journal of Materials Processing Technology 20/2008, S. 259-264.
• [3] Stevens B. und andere: Applied Biomaterials. Journal of Biomedical Materials Research, Part B. 85B/2008, S. 573-582.
• [4] Rezwan K. und andere: Biodegradable and bioactive porous polymer/inorganic composite scaffolds for bone tissue engineering. Biomaterials 27/2006, S. 3413-3431.

Dr.-Ing. Philipp Imgrund ist Abteilungsleiter, Dr. rer. nat. Sebastian Hein und Dipl.-Ing. Vera Frederici sind Projektleiter in der Abteilung Biomaterial-Technologie des Fraunhofer-Instituts für Fertigungstechnik und angewandte Materialforschung (IFAM) in 28359 Bremen

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