Resobone
Generative Fertigung von Knochenersatzimplantaten aus resorbierbaren Werkstoffen
Bioresorbierbare Keramiken und Gläser bieten die Möglichkeit, vom Organismus schrittweise abgebaut und sukzessive durch nativen, neu gebildeten Knochen ersetzt zu werden. Diese Kinetik ergibt sich aus dem mit natürlichem Knochen vergleichbaren chemischen und mechanischen Eigenschaftsprofil von bioaktiven Keramiken und Gläsern. Aufgrund der bioaktiven Eigenschaften ist diese Werkstoffgruppe für den Einsatz als (temporäres) Knochenersatzmaterial prädestiniert. Als resorbierbare Keramiken erweisen sich Calciumphosphate (z.B. ß-Tricalciumphosphat Ca3(PO4)2) als besonders geeignet. Bioaktive und bioresorbierbare Gläser und Glaskeramiken sind in vielfältigen Variationen synthetisierbar. Die Zusammensetzungen bestehen zu großen Teilen aus SiO2 mit Anteilen aus Na2O und CaO. Eine Optimierung der mechanischen und resorbierbaren Eigenschaften durch eine Kombination aus Keramikgranulat mit Glas als Bindungsphase ist mittels definierter Porosität und eingestelltem Mischungsverhältnis in einem Knochenersatzprodukt umsetzbar.
Ziel des neuen BMWi-InnoNet-Verbundprojektes (16IN0443), an dem drei Hochschul- und sieben Industriepartner beteiligt sind, ist die Etablierung einer geschlossenen Prozesskette zur Herstellung und Bereitstellung von individuellen Knochenimplantaten aus bioresorbierbaren Werkstoffen.
Die Prozesskette beinhaltet die Schritte:
- Aufnahme der Patientenanatomie (CT).
- Datenverarbeitung und Implantatkonstruktion.
- Werkstoffherstellung und Implantatfertigung.
- Nachbearbeitung, Zulassung und Vertrieb der Implantate.
Eine Lösung zur wirtschaftlichen Herstellung von Individualimplantaten bietet das neue generative Fertigungsverfahren Selective Laser Melting (SLM). Zur generativen Formgebung wird die Glasphase des Verbundwerkstoffes beim SLM-Verfahren mit Hilfe eines Lasers aufgeschmolzen, die keramischen CaP-Anteile werden nicht versintert und verbleiben in der erstarrten Glasmatrix. Mit diesem Verfahren können nahezu beliebig komplexe Bauteile ohne formgebende Werkzeuge direkt aus dem 3D-CAD Modell in kurzer Zeit hergestellt werden. Der Aufbau erfolgt schichtweise aus einem pulverförmigen Werkstoff.
Der innovative Lösungsansatz für die Verarbeitung eines Keramik-Glas-Verbundwerkstoffes mit dem SLM-Verfahren liegt einerseits in der Kombination von Calciumphosphat und Glasphase und andererseits in der Anpassung von Werkstoff und SLM-Prozessführung. Produktziel sind individuelle, resorbierbare Knochenimplantate, die sowohl aus biomechanischer Sicht als auch aus biologischer Sicht eine Wiederherstellung des beschädigten Knochens ohne dauerhaft verbleibende Fremdmaterialien sicherstellen.
