Bedarfsangepasste Titan/Polymer-Verbundbleche für biomedizinische Anwendungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Heinz Palkowski
• Fachliche Zuordnung: Biomaterialien ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung ; Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 406696147

Das Projekt befasst mit der Entwicklung neuer Ti/Polymer (Ti/P/Ti und P/Ti/P) Bleche für biomedizinische Anwendungen, der Einstellung ihrer Grenzflächeneigenschaften, ihrer mechanischen Eigenschaften und ihres Formungsvermögen. mit den Zielen:1. Entwicklung von Strategien ("Grafting from" und "- to") zur Bildung von P/Ti-Grenzflächen in Sandwichen (SMs) - um harzfreie biokompatible Polymerschichten für eine starke Bindung zwischen Polymer und Ti bis zur Endform ohne Delamination zu schaffen - zur Herstellung biokompatibler oder auch bioaktiver Komponenten. "Grafting from": Herstellung von Ti/P/Ti-SMs mit modulierten Polymereigenschaften durch Einstellen der Glasübergangstemperatur des ausgewählten Polymers: Ein Polymerisationsinitiator wird auf eine NaOH-modifizierte Ti-Oberfläche über einen Phosphonatanker aufgesetzt. Lineare Polymerketten verschiedener Molmassen, wie Homo- oder Copolymere, werden aus dem Initiator kontrolliert gezüchtet. Dazu werden Methylmethacrylat (MMA), n-Butylmethacrylat (nBMA) und Methylacrylat (MA) benutzt. Eine Monomermischung wird für die Synthese von statistischen Copolymeren verwendet."Grafting to" für bioaktive, dicke Polymerschichten auf Ti aus Homo- und Copolymeren von Natrium-4-styrolsulfonat (NaSS) und MA:Ein leicht zugänglicher Anker, der sowohl eine Verankerungsgruppe (Catechol) enthält, die eine robuste, stabile Monoschicht bilden kann, als auch eine Andockfunktion, die eine modulare und effiziente Nachfunktionalisierung der Ti-Oberfläche ermöglicht, wird verwendet. Parallel dazu werden Co- oder Polymere, die Thiol-Endgruppen tragen, unter Verwendung einer Thiol-Klick-Reaktion an diese Schicht angeheftet. Lineare Polymerketten verschiedener Molmassen werden durch kontrollierte radikale Polymerisation zu Thiolenden synthetisiert. Um Thiolendpolymere oder -copolymere zu erhalten, wird eine Additions-Fragmentierungs-Übertragungspolymerisation gewählt. Verwendung finden NaSS und/oder MMA und eine Mischung aus Monomeren, um statistische Copolymere zu synthetisieren.2) Herstellung von Ti / P / Ti oder P / Ti / P SMs: SMs werden durch Aninden modifizierter Ti-Folien an kommerziell oder im Labor hergestellten Polymerfolien definierter Dicke (z. B. PMMA- oder PMMA-co-PBMA-Folien oder PMMA-co-PNaSS-Folie) hergestellt. Die Verwendbarkeit der "Grafting from"-Methode wurde bereits in einem vorangegangenen Projekt gezeigt.3. Adaptierung der mechanischen Eigenschaften an die der Knochen: Mechanische und Formgebungseigenschaften werden untersucht und eingestellt, indem die molekularen und strukturellen Parameter der Polymere oder das Verhältnis der Schichtdicken moduliert werden.4. Untersuchung der Stabilität und Zytokompatibilität der SMs. Die Vorteile dieser Systeme, die für die Cranioplastik und Unterkieferchirurgie verwendbar sind, sind gewichtsreduzierte Bauteile mit mechanischen Eigenschaften, die denen der Knochen nahe kommen, mit im Vergleich zu Ti verbesserten thermischen und akustischen Eigenschaften.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartnerinnen: Professorin Dr. Adele Carradó; Professorin Dr. Véronique Migonney