3D-Pulverdruck von Magnesiumammoniumphosphat (Struvit) Formkörpern mit anisotroper Whiskerverstärkung als biokompatibler Knochenersatzwerkstoff

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Gegenstand des Forschungsvorhabens ist die Herstellung dreidimensionaler Implantatstrukturen aus Magnesiumammoniumphosphat Hexahydrat (MgNH4PO4 • 6H2O, Struvit) über 3D-Pulverdruck mit gleichzeitiger, anisotroper und reaktiver Whiskerverstärkung. Die Verfestigung während des Druckvorgangs erfolgt durch eine Zementabbindereaktion; hierbei reagieren Magnesiumphosphat-Bestandteile des Pulvers mit einer wässrigen Ammoniumphosphat-Lösung des versprühten Binders. Der gleichzeitige Zusatz von Magnesiumoxid Whiskern mit einer definierten Länge zwischen 20 μm und 250 μm und einem Durchmesser um 1 μm zum Pulver führt zu einer anisotropen Ausrichtung der Whisker in der XY-Ebene der gedruckten Bauteile; die Whisker sind reaktiv und binden ebenfalls mit der Druckflüssigkeit zu Struvit ab, sodass ein chemischer Verbund zwischen keramischer Matrix und Verstärkungsphase erhalten wird. Vorteile des Verfahrens gegenüber dem Stand der Technik sind, neben einer anisotropen Verstärkung der Strukturen, eine Abbindereaktion bei Raumtemperatur und neutralem pH-Wert, was eine gleichzeitige Ausstattung der Keramik mit Wirkstoffen möglich macht. Anwendungsgebiet ist der patientenspezifische Knochenersatz. Struvit- Keramiken zeigen in literaturbekannten Untersuchungen eine hohe Festigkeit und sind im physiologischen Milieu sowohl chemisch löslich als auch durch Osteoklasten resorbierbar.