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3D-Druck Plasmabehandlung verbessert Akzeptanz von Implantaten

Quelle: Pressemitteilung Fraunhofer Leistungszentrum Medizin- und Pharmatechnologie

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Fraunhofer ITEM
Innovationsnetzwerk Gesundheit
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MISSION ADDITIVE

Forschern des Fraunhofer Leistungszentrums Medizin- und Pharmatechnologie haben erfolgreich eine Plasmaquelle in einen 3D-Drucker integriert. Durch die Plasmabehandlung kann die Oberfläche der gedruckten Scaffolds verändert werden. Messebesucher können auf der Compamed neben einigen bereits gedruckten und plasmabehandelten Beispielexponaten auch einen Prototyp des 3D-Druckers mit eingebauter Plasmaquelle bestaunen.

Oberflächenfunktionalisierung über eine in die additive Fertigung integrierte Plasmaquelle.(Bild: Fraunhofer IST/Falko Oldenburg)
Oberflächenfunktionalisierung über eine in die additive Fertigung integrierte Plasmaquelle.
(Bild: Fraunhofer IST/Falko Oldenburg)

Künstliche Hüftgelenke, maßgeschneiderte Herzklappen oder passgenaue Blutgefäße – Implantate, v. a. auf Basis so genannter Scaffolds, d. h. 3D-gedruckter Gerüststrukturen, spielen in der regenerativen und personalisierten Medizin eine immer größere Rolle. Wichtig ist, dass die Scaffolds gut von den Körperzellen angenommen werden und keine Abstoßungsreaktionen erfolgen. Eine Vorbehandlung mit Plasma kann dafür die Voraussetzungen schaffen.

Im Leistungszentrum Medizin- und Pharmatechnologie ist es Forschern am Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST gelungen, eine Plasmaquelle in einen 3D-Drucker zu integrieren, sodass die Oberfläche modifiziert werden kann. Ziel ist es, die Scaffolds bereits während des Druckprozesses mit Plasma zu behandeln, um die gewünschten Eigenschaften zu erzeugen.

Plasmabehandlung verbessert Benetzbarkeit der Gerüststrukturen

Durch eine Behandlung mit Plasma kann die Oberfläche der gedruckten Implantate bzw. der einzelnen Filamente verändert werden. Es bilden sich sauerstoffhaltige Gruppen, die die Benetzbarkeit des Scaffolds verbessern und damit auch die Verteilung der Zellen im und auf dem Scaffold erleichtern. Wird dem Plasma noch ein so genannter Schichtbildner zugesetzt, können auf den Gerüststrukturen zusätzlich funktionelle Gruppen erzeugt werden, die eine chemische Bindung oder elektrostatische Wechselwirkungen mit ganzen Zellen oder Biomolekülen eingehen können.

Plasmabehandlung eines 3D-gedruckten Bauteils(Bild: Fraunhofer IST/Paul Kurze)
Plasmabehandlung eines 3D-gedruckten Bauteils
(Bild: Fraunhofer IST/Paul Kurze)

Auf diese Weise kann beispielsweise die Zelladhäsion verbessert werden oder es können Proteine, beispielsweise Antikörper an die Oberflächen gebunden werden. Die beschriebene Technologie ist nicht nur für die Implantologie von Interesse, sondern auch bei der Herstellung von 3D-gedruckten Arzneimitteln, wenn beispielsweise die Haftung zwischen unterschiedlichen Materialien eingestellt werden soll.

Plasmaquelle passt in gebräuchlichen 3D-Drucker

Derzeit wird für die Plasmabehandlung eine Punktquelle verwendet, mit der die gedruckten Strukturen auf einer relativ kleinen Fläche hochaufgelöst modifiziert werden. Das Besondere daran ist, dass die Quelle selbst klein genug ist, um in einen gebräuchlichen 3D-Drucker mit niedriger Bauhöhe integriert werden zu können. Dadurch kann die Behandlung direkt mit dem Druckprozess gekoppelt werden und ohne weitere Umbauten im Anschluss an den Druck einer Lage erfolgen.

Das langfristige Ziel ist der Einsatz einer Ringquelle, die um den Druckkopf herum montiert wird und dadurch eine Modifikation der Oberfläche unmittelbar während des Druckprozesses ermöglicht.

Compamed: Halle 8a, Stand G10

Weitere Artikel zur Zukunft der Medizintechnik finden Sie in unserem Themenkanal Forschung.

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