Meine Merkliste
my.bionity.com  
Login  

3D-gedrucktes Salzgerüst für bioresorbierbare Knochenimplantate

28.08.2019

Laboratory of Metal Physics and Technology / Complex Materials / ETH Zurich

Wie macht man aus Salz und Magnesium (links) ein Knochenimplantat mit regelmässig strukturierten Poren (r.)? ETH-Forschende entwickelten dazu ein Verfahren über ein Template aus 3D-gedrucktem Salz (Mitte).

Bei komplizierten Knochenbrüchen oder gar fehlenden Knochenteilen setzen Chirurgen in der Regel Metallimplantate ein. Als Materialien der Wahl bieten sich nebst Titan, das mit dem Gewebe weder chemisch noch biologisch wechselwirkt, auch Magnesium und seine Legierungen an. Implantate aus diesem Leichtmetall haben den Vorteil, dass der Körper sie abbauen und das Magnesium als Mineralstoff aufnehmen kann. So ist keine weitere OP notwendig, um das Implantat zu entfernen. Für eine schnelle Heilung sollte es oder dessen Oberflächen so beschaffen sein, dass sich knochenbildende Zellen gut darauf ansiedeln oder gar in das Implantat einwachsen können.

Materialforscher der ETH Zürich haben deshalb ein neues Verfahren entwickelt, um Magnesiumimplantate herzustellen, die über zahlreiche regelmässig angeordnete Poren verfügen und trotzdem stabil sind.

Magnesium mit strukturierter Porosität

Um eine poröse Grundstruktur zu erhalten, druckten die Forscher zuerst mit einem 3D-Drucker ein dreidimensionales Gittergerüst aus Salz. Weil reines, herkömmliches Kochsalz nicht die notwendigen Eigenschaften zum Drucken hat, entwickelten die Forscher zu diesem Zweck eine gelartige Salzpaste. Der Durchmesser der Gitterstreben und deren Abstände lassen sich beim Drucken nach Bedarf einstellen. Um die Salzstruktur zu festigen, wurde sie anschliessend gesintert. Beim Sintern werden feinkörnige Stoffe stark erhitzt. Die Temperaturen liegen jedoch unterhalb des Schmelzpunkts des Stoffes, damit die Struktur des Werkstücks erhalten bleibt.

In einem nächsten Schritt infiltrierten die Materialforscher den Porenraum zwischen den Salzstreben mit Magnesiumschmelze. «Dieser Rohling ist mechanisch sehr stabil und lässt sich durch Polieren, Drehen und Fräsen gut bearbeiten», sagt Jörg Löffler, Professor für Metallphysik und Technologie am Departement Materialwissenschaft. Nach der mechanischen Bearbeitung lösten die Forschenden das Kochsalz heraus und erhielten so das reine Magnesiumimplantat mit zahlreichen, regelmässig angeordneten Poren.

Entscheidend für klinischen Erfolg

«Die Möglichkeit, die Porengrösse und deren Verteilung und Richtung im Material zu kontrollieren, ist entscheidend für den klinischen Erfolg des Implantats, da knochenbildende Zellen gerne in solche Poren hineinwachsen», betont der ETH-Professor. Und genau darauf komme es an, damit ein Implantat rasch mit dem Knochen verwachse.

Das neu entwickelte Verfahren zur Herstellung derartiger Hilfsstrukturen aus Salz lässt nebst der Infiltration mit Magnesium viel Spielraum für weitere Materialien. Die Ko-Autoren Martina Cihova und Kunal Masania gehen davon aus, dass auf diese Art und Weise ebenso Polymere, Keramiken oder weitere Leichtmetalle mit einer kontrollierten Porengeometrie versehen werden können.

Die Idee für das neue Herstellungsverfahren entstand im Rahmen der Masterarbeit von Erstautorin Nicole Kleger. Gefördert wurde ihre Arbeit mit einem Excellence Scholarship & Opportunity Stipendium von der ETH Zürich. Im Rahmen ihrer Dissertation ist die Forscherin nun daran, das 3D-Druckverfahren weiterzuentwickeln.

Fakten, Hintergründe, Dossiers
  • Porosität
  • 3D Druck
Mehr über ETH Zürich
  • News

    Deep Learning, vorgefertigt

    Selbstfahrende Autos, automatische Erkennung von Krebszellen, Online-Übersetzer: Deep Learning machts möglich. Das ETH-Spin-off «Mirage Technologies» hat eine Deep-Learning-Plattform entwickelt, die Start-ups und Unternehmen helfen soll, ihre Produkte schneller zu entwickeln und zu optimier ... mehr

    Gesunde Organellen, gesunde Zellen

    Seit Kurzem ist bekannt, wie wichtig membranlose Organellen für Zellen sind. Nun haben Biochemiker der ETH Zürich einen neuen Mechanismus entdeckt, der die Bildung solcher Organellen reguliert. Damit haben sie die Voraussetzung geschaffen, um Erkrankungen wie Alzheimer oder ALS zielgerichte ... mehr

    Künstliche Intelligenz verbessert biomedizinische Bildgebung

    ETH-Forscher nutzen künstliche Intelligenz, um bei einer relativ neuen Methode der medizinischen Bildgebung die Bildqualität zu erhöhen. Dadurch lassen sich in Zukunft Krankheiten besser diagnostizieren und kostengünstigere Geräte herstellen. Wissenschaftler der ETH Zürich und der Universit ... mehr

  • Videos

    Kunstherz auf dem Prüfstand

    ETH-Forschende haben ein weiches Kunstherz aus Silikon entwickelt, das sich fast wie ein menschliches Herz bewegt. Produziert wurde das 390 Gramm schwere Silikonherz mit einem 3D-Drucker. mehr

Ihr Bowser ist nicht aktuell. Microsoft Internet Explorer 6.0 unterstützt einige Funktionen auf Chemie.DE nicht.