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Verfahrenstechnik 4/2021

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Verfahrenstechnik 4/2021

VERFAHRENSTECHNIK IM

VERFAHRENSTECHNIK IM ALLTAG I SERIE Bioaktives Gerüst Knorpel-Knochenersatz durch 3-D-Druck Mithilfe der 3-D-Lithografie via Zwei-Photonen-Polymerisation (2PP) von bioabbaubaren Copolymeren wurden erstmalig biodegradierbare Strukturen in Rekordzeit hergestellt. Das Verfahren soll neue Möglichkeiten in der Therapie von Knorpel- Knochen-Defekten eröffnen. Die Multiphoton Optics GmbH (MPO) in Würzburg hat in Zusammenarbeit mit dem Institut für Bioprozess- und Analysenmesstechnik e.V. (iba) in Heilbad Heiligenstadt ein Verfahren entwickelt, mit dem biodegradierbare 3-D-Trägerstrukturen (Scaffolds) zur Geweberegeneration von Knorpel-Knochen-Schäden hergestellt werden können. Das Besondere an diesen Strukturen ist die Kombination von großvolumigen Scaffolds aus bioverträglichen Copolymeren mit hierarchi- Autor: Ronald Schade, Presse- und Öffentlichkeitsarbeit, Institut für Bioprozess- und Analysenmesstechnik e.V., Heilbad Heiligenstadt scher Strukturierung bis in den Mikrometerbereich und der hocheffizienten monolithischen Herstellung mithilfe der 3-D-Lithografie via Zwei-Photonen-Polymerisation. Grundlage für die technologische Umsetzung ist ein Prototyp der Multiphoton Optics 3-D-Druckplattform LithoProf3D, der durch eine Automatisierung von Prozessschritten innerhalb der Anlage und einer speziellen Steuersoftware auf die Herstellung von Scaffolds optimiert wurde. Die Druckplattform ermöglicht die Herstellung der ca. 1 cm 3 großen Scaffolds innerhalb von 1,5 h in einem einzigen Verfahrensschritt. Dies entspricht einer Verkürzung der erforderlichen Laserschreibzeit gegenüber der im iba etablierten 2PP-Forschungsanlage ohne spezielle Anpassung zur Produktion großvolumiger Strukturen um ca. den Faktor 100. Strukturiertes Zellwachstum Die hergestellten 3-D-Scaffolds fungieren sowohl als mechanischer Träger wie auch als bioaktives Gerüst, das den Zellen optimale Voraussetzungen für das Wachstum in einer dreidimensionalen Umgebung bietet. Die auf einem biomimetischen Design basierende Scaffoldstruktur weist eine Höhe von 10 mm und einen Durchmesser von 7 mm auf und ist durch eine Trennschicht in eine 3 mm hohe Knorpelund eine 7 mm hohe Knochenphase unterteilt. Durch eine freie Designgestaltung können die mechanischen Eigenschaften wie z. B. Porosität und E-Modul der jeweiligen Phasen so angepasst werden, dass sie den echten Vorbildern von Knochen und Knorpel sehr nahekommen. Als biodegradierbares Material kam das durch das iba Heiligenstadt e. V. entwickelte Poly- ((D,L)-Lactid-co-ε-Caprolacton)-dimethacrylat (LCM3) zum Einsatz. Dieses Copolymer soll zukünftig durch das besser vom Körper abbaubare Copolymer Poly- (Amid-co-ε-Caprolacton)-dimeth acrylat (ACM) ersetzt werden. Für die Vorbereitung des Transfers in die klinische Anwendung folgen noch weitere Zellbesiedelungstests sowie eine Tierstudie. Durch individuell designte 3-D-Scaffolds erschließen sich für die Zukunft auch neue Therapiewege im Rahmen der personalisierten Medizin. Mithilfe dieser disruptiven Technologie soll die Herstellung patientenindividueller Implantate, die an den Defekt maßgeschneidert angepasst sind, revolutioniert werden. Bilder: iba, tiero/stock.adobe.com www.iba-heiligenstadt.de 42 VERFAHRENSTECHNIK 04/2021 www.verfahrenstechnik.de

VORSCHAU IM NÄCHSTEN HEFT: 05/2021 ERSCHEINUNGSTERMIN: 20. 04. 2021 ANZEIGENSCHLUSS: 01. 04. 2021 01 NEWSLETTER Der E-Mail-Service für Verfahrens ingenieure in der Prozessindustrie. Aktuelle und branchenüber greifende technische Informationen über Anlagen, Komponenten und Systeme. 02 03 04 Der direkte Weg Internet: www.verfahrenstechnik.de E-Paper: digital.verfahrenstechnik.de Redaktion: redaktion@verfahrenstechnik.de 01 Passende Lösungen für Drucksensoren finden (Foto: Keller) 02 Rohstoffaufgabe in der kontinuierlichen Arzneimittel- Herstellung (Foto: Hecht) 03 Für den Aufbereitungsprozess von PET-Flaschen bietet ein Hersteller Unterstützung mit einer Gesamtlösung von der Fördertechnik über die Homogenisierung bis hin zur Sichtung und Lagerung (Foto: Zeppelin) 04 Antriebseinheit für Mühlen in der Zementindustrie (Foto: SEW) (Änderungen aus aktuellem Anlass vorbehalten) Jetzt kostenlos anmelden! IMMER AKTUELL INFORMIERT http://bit.ly/VFV_Newsletter

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