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Forscher der Tomsk Polytechnic University untersuchen die Auswirkungen des Temperns beim Bioprinting für die Knochenregeneration

Wissenschaftler der Tomsk Polytechnic University haben kürzlich “Effect of annealing on mechanical and morphological properties of Poly(L-lactic acid)/Hydroxyapatite composite as material for 3D printing of bone tissue growth stimulating implants” veröffentlicht. Wie so viele andere Forscher suchen sie nach Wegen, um Bioprinting-Prozesse zu verfeinern und dem späteren Druck menschlicher Organe einen Schritt näher zu kommen.

Obwohl das Tempern ein häufiges Thema im Hinblick auf die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften im 3D-Druck ist, untersuchen die Autoren hier die Auswirkungen auf 3D-gedruckte PLLA/HAp-Verbundgerüste aus drei Zusammensetzungen (12,5, 25 und 50 wt.% HAp). Hierfür werden Elektronenmikroskopie und Nanoindentation verwendet.

Die Erfolgsaussichten für biologisch abbaubare Implantate sind groß. Dies führt die Forscher zu biologisch abbaubaren Implantaten aus thermoplastischen Polymeren und Polymerkompositen. Ihre Fähigkeit, wieder in den Körper aufgenommen zu werden, ohne Giftstoffe zu enthalten, ist ein enormer Vorteil, der jedoch bis vor kurzem aufgrund mangelnder mechanischer Eigenschaften und eines „unkontrollierten Abbaus“ der Polymermatrix verringert wurde.

“Poly (L-Milchsäure) (PLLA) wird in der Orthopädie in Form von Stiften und Schrauben zur Fixierung von Knochenfragmenten verwendet und weist mechanische Eigenschaften auf, die denen von natürlichem Knochen deutlich unterlegen sind”, so die Forscher. “Der niedrige Elastizitätsmodul dieses Polymers gewährleistet nicht die Erhaltung der Implantatmorphologie, wodurch seine Verwendung als osteokonduktives Volumenimplantat eingeschränkt wird.”

Frühere wissenschaftliche Untersuchungen haben gezeigt, dass es möglicherweise wirksam ist, PLLA mit bioaktivem Hydroxylapatit zu füllen. Durch Füllen des Materials mit bis zu 50 Gewichtsprozent kann die Verbundsteifigkeit um das Doppelte erhöht werden. Beim Experimentieren mit FDM-3D-Druck wurden nach dem Tempern Biegungen und Abweichungen in den Gerüsten festgestellt. Während des Druckprozesses wurden die Gerüste abgekühlt, wodurch kleinere, dichtere Kristallite entstanden. Die volumetrische Umwandlung in der Kristallstruktur verursachte auch Oberflächenspannungen.

“Die Ergebnisse der Nanoindentation zeigten ein Wachstum des Elastizitätsmoduls nach dem Tempern”, folgerten die Forscher. “Der Maximalwert von 9393 ± 709 MPa Young-Modul wurde für den getemperten Verbundwerkstoff mit 50 wt.% HAp erreicht.”

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