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Aachener Universität stellt 3D-gedrucktes Knochenimplantat aus Gitterstruktur her

Am 10. März 2023 von Delona Z. veröffentlicht
Knochenimplantat Gitterstruktur

Es gibt viele Gründe, weshalb ein Patient womöglich auf Implantate angewiesen ist. Jedoch erweisen sich vor allem extreme Knochenschäden als schwierig zu behandeln, da das Wegbleiben eines großen Knochenanteils und die Kluft zwischen den freien Knochenenden zu einem großen Problem führen. Nämlich kann der menschliche Körper die Knochenschäden nicht von alleine heilen, sodass Knochenimplantate als Lösung herangezogen werden müssen. An der RWTH Aachen erforscht der Lehrstuhl Digital Additive Production DAP im Rahmen des Projekts Bio-Struct 3D-gedruckte bioresorbierbare Implantate aus einer entwickelten Zink-Magnesium-Legierung. Für die Herstellung dient der Entwurf als Gitterstruktur. Letzteres trägt zum gezielten Wachstum eines defekten Knochens bei.

Bioresorbierbare Implantate benötigen keine manuelle Entfernung durch einen Chirurgen, sondern lösen sich von selbst nach einiger Zeit auf. Hierfür werden neben anderen Materialien, biokompatible- und resorbierbare Legierungen aus Zink und Magnesium verwendet. Diese sind durch ihre mechanischen Charakteristiken, die dem menschlichen Körper ähnlich sind, besonders geeignet. Ebenfalls verfügen diese Materialien über eine hohe Biokompatibilität und lassen sich im Bezug auf benötigte mechanische und korrosive Attribute anpassen. Beim verwendeten 3D-Druckverfahren für die Herstellung der bioresorbierbaren Legierung für die Implantate handelt es sich um die Laser Powder Bed Fusion Technologie (LPBF). Bei diesem Verfahren besteht die Möglichkeit, auf den Patienten zugeschnittene optimale Strukturen herzustellen. Ein Beispiel hierfür wäre schwammähnlichen, porösen, trabekulären Knochenersatz. Eine Gitterstruktur wird verwendet, um das Implantat zu designen, wobei sowohl die Fertigung selbst als auch die Ansprüche der Implantate für den menschlichen Körper bestmöglich verbessert werden.

Gitterstruktur

Die Gitterstruktur wurde mit der LPBF-Technologie aus einer ZnMg-Legierung hergestellt (Bild: RWTH Aachen)

Algorithmisches Design für Gitterstrukturen

Das Besondere bei dem Verfahren ist das von dem Lehrstuhl DAP entwickelte algorithmische Werkzeug, welches verwendet wird, um die Gitterstrukturen zu entwickeln. Hierbei kalkuliert das Tool Bedingungen vollständig mit ein, sodass der bestmögliche Entwurfprozess sowie Kompatibilität des Endprodukts gewährleistet werden. Verwendet werden zwei Datenbanken, die zum einen Informationen enthalten, die spezifizieren, inwiefern das Material verarbeitet werden kann, zum anderen werden Daten des Patienten gespeichert. Die ersten Ergebnisse der Forschung konnten bereits an einem Kieferknochenimplantat in Gitterstruktur vorgelegt werden. Um mehr über das Projekt zu erfahren, klicken Sie HIER.

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*Titelbildnachweis: RWTH Aachen

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