Entwicklung neuer funktionalisierter Polymer-Multischicht-Beschichtungssysteme und Adaptierung auf additiv gefertigte, abbaubare Implantate mit komplexen Innen- und Außenkonturen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Tonya Andreeva; Professor Dr. Rumen Krastev
• Fachliche Zuordnung: Biomaterialien ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 449916462

Das Ziel von Teilprojekt 2 ist die Entwicklung einer biologisch abbaubaren und biokompatiblen Beschichtungsplattform, um einen verzögerten und kontrollierten Abbau von Magnesium (Mg)-basierten Biomaterialien zu erreichen, der die gesetzlichen Anforderungen an Beschichtungen für medizinische Implantate erfüllt. Zu diesem Zweck wird eine funktionale Verbund-Multischicht-Beschichtung mit Schutzwirkung gegen Mg-Degradation entwickelt, charakterisiert und auf die komplexen Oberflächen additiv gefertigter Implantate mit Gitterstruktur aufgebracht. Unsere Vorstudien zeigen, dass die Verbundbeschichtungen aus Polyelektrolyt-Mehrschichten (PEM) und Wachsschichten eine vielversprechende Strategie zur Kontrolle der Degradation von Mg-basierten Biomaterialien bietet. Diese Beschichtungen stellen nanodicke, nanoglatte und homogene Schichten dar, in denen die PEM eine stabile guthaftende Matrix für die Wachsschicht bietet, die wiederum eine hydrophobe Barriere bildet, die die Diffusion von Wasser und korrosiver Spezies wie z.B. Chloridionen verhindert. Somit schützen solche Beschichtungen Mg-Werkstoffe vor Degradation. Als nächste Schutzebene wird eine schrittweise Vernetzung der Polymerketten in der PEM die Packungsdichte erhöhen und die Stabilität der Beschichtung verbessern. Dadurch wird eine zusätzliche Beständigkeit gegen die korrosive physiologische Umgebung und ein schrittweises Zersetzungsprofil sowohl der Beschichtung selbst als auch des Mg-Biomaterialen erreicht. Die Einarbeitung von Korrosionsinhibitoren ist als zusätzliches Mittel zur Kontrolle der Degradationsrate vorgesehen. Zudem soll über die PEM/Wachs-Verbundbeschichtung die Bioverträglichkeit kontrolliert werden. Dieser mehrstufige Ansatz zielt darauf ab, eine robustere und biokompatiblere Barriere zu entwickeln, die die Korrosionsbeständigkeit von Mg-Legierungen verbessert und eine sichere Anwendung in biomedizinischen Umgebungen gewährleistet.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5250: Mechanismenbasierte Charakterisierung und Modellierung von permanenten und bioresorbierbaren Implantaten mit maßgeschneiderter Funktionalität auf Basis innovativer In-vivo-, In-vitro- und In-silico-Methoden