Projekte

 

 

Projekttitel:      Lösungsmittelgesponnene PLA-Fasern mit pH-neutralem Abbauverhalten

Partner:

Fourné Maschinenbau GmbH

ITA – Institut für Textiltechnik der RWTH Aachen

AME – Helmholtz Institute for Biomedical Engineering

DWI – Leibniz Institut for interaktive Materialien

EnvisionTec GmbH

Laufzeit:           03/2017 – 02/2020

Förderträger:    European Regional Development Fund North Rhine-Westphalia (EFRE.NRW)

Biodegradierbare Materialien haben heute einen vielseitigen Platz in der medizinischen Anwendung gefunden (Nahtmaterialen, Wundauflagen, Implantate u.v.m.). Dennoch degradieren die am häufigsten verwendeten Biomaterialien, wie PGA, PLA etc, mit einer akuten Freisetzung von sauren Valenzen. Durch die freigesetzten Säuren kommt es zur lokalen Azidose (Übersäuerung) mit z.T. dramatischen klinischen Folgen, wie beispielsweise massiven Entzündungsreaktionen bis hin zum vollständigen Gewebeuntergang.

Ziel des Projektes ist es daher (1) neue biodegradierbare Werkstoffe mit optimiertem pH-Abbauverhalten zu entwickeln und (2) deren Prozessierbarkeit als (2a) textiles Medizinprodukt, und als (2b) komplexes patienten-individualisiertes Implantat mittels Rapid-Prototyping zu ermöglichen.

Der pH-optimierte Abbau soll durch ein Materialsystem aus konventionellen biodegradierbaren Biomaterialien (PLA) und μ-Gelen mit hoher Protonenbindungskapazität erzielt werden. Entsprechend werden die bei der Degradation freigesetzten sauren Valenzen abgefangen, bevor sie klinisch relevant werden.

In Voruntersuchungen konnte bereits eine deutliche Überlegenheit von μ-Gel-additivierten Fasern im pH Verhalten gegenüber konventionellen Fasern sowie konventionellen Puffersystemen nachgewiesen werden. Die inhomogene, randomisierte Verteilung der μ-Gele in der Faser hat jedoch zu erheblichen Problemen in der (Re-)Produzierbarkeit der Fasern und deren konstanten mechanischen Eigenschaften geführt.

Gegenstand des im Rahmen des Projektes gewählten Ansatzes ist es daher, die Additivierung von μ-Gelen in einer definierten geometrischen Anordnung zu ermöglichen. Auf der (i) Faserseite wird dies durch die Herstellung von definierten Faserquerschnitten mittels Bikomponenten-Lösungsmittelspinnverfahren (z.B. Kern-Mantel oder segmentierte Faser) realisiert, während für die (ii) patienten-individualisierte Fertigung mittels Rapid-Prototyping eine gezielte Ablage von μ-Gel-Depots erreicht werden kann. In Spinnversuchen wird u.a. die (Trocken-/ Nass-/ Airgapspinnen), die Komposition der Spinnlösung, Prozessparameter und die Düsengeometrie variiert. Anschließend werden die Fasereigenschaften durch Zug- und Degradationsversuche evaluiert. Die Entwicklung des Bikomponenten-Lösungsmittelspinnprozesses wird am  Lehrstuhl für Biohybrids and Medical Textils der RWTH Aachen zusammen mit der Fournè Maschinenbau GmbH durchgeführt. Die neuen Werkstoffe werden anschließend chemisch, mechanisch und biologisch auf ihre Verwendbarkeit für medizinische Anwendungen charakterisiert.

Das pHMed Konsortium setzt sich aus einer idealen Kombination von akademischen und industriellen Partnern zusammen, welche eine Translation der Ergebnisse in die industrielle Anwendung nach Projektabschluss zügig realisieren können. Mit Evonik Creavis als weltweit agierendes NRW-Unternehmen steht einer der größten Hersteller von biodegradierbaren Materialien (Resomer® Produktfamilie) für das upscaling der Prozess zur Seite.

Für die Herstellung einer Faser im Bikomponenten-Lösungsspinnprozess ist das Bikomponenten-Düsenpaket, sein Aufbau bis hin zur Spinndüse und die örtliche Anordnung im Koagulationsteil der Lösungsspinnanlage, von essentieller Bedeutung für die Herstellung eines definierten und reproduzierbaren Bikomponenten-Fadenquerschnitts.

Ein definierter und reproduzierbarer Bikomponenten-Fadenquerschnitt erlaubt nicht nur eine gleichmäßige Weiterverarbeitung, sondern ist auch die Basis für ein konstantes Kraft-Dehnungsverhalten über die ganze Fadenproduktionszeit.  Diese Bikomponenten-Fadeneigenschaften sind zwingend erforderlich, um eine hochwertige Faser mit konstanter Qualität, geeignet für die medizinische Anwendung, herzustellen.

Mit der Entwicklung eines Bikomponenten-Düsenpakets für den Lösungsspinnprozess wird somit eine wichtige Grundlage für die Herstellung einer qualitativ hochwertigen medizinischen Bikomponenten-Faser geschaffen.

Danksagung

Das Projekt „pHMed“ (EFRE-0800639) wird durch den Europäischen Fond für Regionale Entwicklung Nordrhein-Westfalen (EFRE.NRW) gefördert