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1558643_1434019903482179_86806354_nDie technische und medizinische Fakultät der Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg haben in einem Gemeinschaftsprojekt daran geforscht, Knochenersatzstrukturen durch einen 3-D-Drucker herzustellen. Das Projekt umfasste den Zeitraum von 2008 bis Ende 2011 und wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert.

Die DFG ist eine Einrichtung der Wissenschaft, welche Forschungsprojekte unter anderem an Hochschulen fördert. Sie finanziert Forschungsvorhaben in allen Gebieten der Wissenschaft. Ziel der dreijährigen Forschung war es, bestimmte Scaffold-Strukturen mit Hilfe der Pulverbettdrucktechnik zu entwickeln. Mit Scaffold ist das strukturelle Gerüst des Knochenersatzes gemeint. Ein menschlicher Knochen besteht aus einer schwammartigen Struktur von feinen Knochenbälkchen. Durch ein eigenes Blutgefäßsystem wird der Knochen mit Nährstoffen und Sauerstoff versorgt. Das Scaffold muss daher eine poröse Struktur aufweisen, damit die Blutgefäße es durchwachsen können. Somit ist eine optimale Nährstoffversorgung des Knochengewebes gewährleistet. Als Materialien für den Druck wurde ein Pulvergemisch aus den Mineralien Hydroxylapatit und Aluminiumhydroxid verwendet. Hydroxylapatit ist neben Kollagen Hauptbestandteil der Substanz von Knochen und Zähnen.

„Der Schwerpunkt der Forschung lag darauf, diese Stoffe über einen keramischen Syntheseprozess in eine Scaffold-Struktur umzuwandeln, welche man anschließend auf dem 3-D-Drucker drucken kann“, so Dipl.-Ing. Tobias Fey. Der 37-Jährige studierte Werkstoffwissenschaften an der FAU und ist seit 2008 am Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften als Dozent tätig. Während des Forschungsprojektes war er an der CT-Charakterisierung der Knochenersatzstrukturen beteiligt. Die Hand-, Kiefer-, Gesichtschirurgie des Universitätsklinikums Erlangen (Leitung: Prof. Dr. Horch) lieferte Vorgaben für die Materialzusammensetzung. Die meisten Schwierigkeiten lagen im richtigen Mischungsverhältnis des Pulvers: Es muss mit einem speziellen Binder und Füllstoff aufbereitet werden. Die Knochenersatzteile werden schichtweise hergestellt. Das Pulver wird in den Bauraum des Druckers geschoben und mit Hilfe eines Druckkopfs gedruckt. „Das Modell wird Lage um Lage aufgebaut. Vorher muss es natürlich im Computer erst in Einzellagen zerlegt werden“, erklärt Fey. Nach dem Drucken ist das Modell sehr zerbrechlich. Erst wenn es später im Ofen gebrannt wird, härtet es aus. Üblicherweise kostet ein von der DFG gefördertes Projekt mit einer Laufzeit von drei Jahren ca. 220.000 bis 250.000 Euro. Das grundlagenorientierte Forschungsprojekt ist mittlerweile abgeschlossen, allerdings wird es wohl noch einige Zeit dauern, bis es konkret zur Anwendung kommt.

Von Jennifer Maul

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