Keramik zu drucken und daraus Knochenersatz herzustellen, ist eine der Kompetenzen der BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung in Berlin. Die Basis für gute Ergebnisse ist ein fließfähiges Pulver, das bereits patentiert wurde.
Ein Knochenersatzgerüst aus Keramik lässt sich heute mit Hilfe des 3-D-Druckens herstellen. Die Zutaten dafür sind überschaubar: benötigt werden ein spezielles Keramikpulver, ein Kleber und ein handelsüblicher 3-D-Drucker. Diese nutzen Mitarbeiter der BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung in Berlin in ihrem Labor und bauen Schicht für Schicht die gewünschten Strukturen auf.
Ein so entstandener Keramikkörper hat zwei interessante Eigenschaften. Zum einen besteht er zu 60 % aus Poren, in die Zellen hineinwachsen können. Abgeschaut haben die Wissenschaftler die Struktur in der Natur: bei Schwämmen oder bei Hirschgeweihen, die eine ähnliche Knochenstruktur aufweisen. Zum anderen kann der Werkstoff des Gerüstes nach und nach vom Körper resorbiert werden.
Strukturen mit Schichten von nur 100 µm können aufgebaut werden, was den detailgetreuen Nachbau der Vorbilder aus der Natur ermöglicht. Das liegt am verwendeten Pulver: Seine Korngröße ist so eingestellt, dass es beim Schütteln in der Flasche fließt – statt zu verklumpen, wie es bei Pulvern mit ihren großen Oberfächen häufig vorkommt. Das Keramikpulver mit der von der BAM patentierten Zusammensetzung wird in Lizenz vertrieben.
Die Zukunftsidee hinter diesem Ansatz ist, dass der Arzt während einer Operation die geschädigten Bereiche des Knochens am Patienten abscannt. Die Daten sollen sogleich an einen Computer übertragen werden, der die Maße und Struktur des Ersatzteils berechnet. Noch während der OP würde dieses dann mittels 3-D-Druck ausgedruckt. Zum Schluss muss der Werkstoff noch bei etwa 1000 °C gebrannt werden – und fertig ist der Ersatzknochen.
Die Forschung dafür steht noch am Anfang. Als nächster Schritt ist die Messung der Löslichkeit der Keramikteile vorgesehen. Dafür wird eine künstliche Körperflüssigkeit benutzt. In einer weiteren Phase werden dann Zellzüchtungen durchgeführt, zusammen mit Kooperationspartnern aus dem Fachbereich Medizin einer Hochschule.
Die patentierten Werkstoffsysteme befinden sich derzeit in der Phase der Zulassung für den Einsatz im menschlichen Körper. Darüber hinaus soll an neuen Geräten für die Produktion gearbeitet werden.
Die Medizintechnik ist aber nur ein Anwendungsfeld für das Know-how der Keramikexperten. Auch in der Automobilindustrie werden zunehmend Keramikmaterialien eingesetzt. Dort geht es natürlich nicht um die Abbaubar- oder Verträglichkeit, sondern um Leichtbau bei gleichzeitig sehr festen Strukturen. Wie viel Festigkeit ein keramisches Bauteil aufweisen muss, um nicht zu versagen, soll zukünftig durch eine Norm geregelt werden. Derzeit wird daran unter Mitwirkung der BAM gearbeitet.
Weitere Informationen Über die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung: www.bam.de
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