Poröse Gerüststrukturen mit Formgedächtnis als mechanisch aktive Knochenimplantate, Hochschule für Life Sciences FHNW

Unser Ziel ist es, intelligente medizinische Implantate zu entwickeln, die mit dem umgebenden Knochengewebe interagieren. Wir untersuchen poröse Formgedächtnisstrukturen als zukünftiges implantierbares Biomaterial mit verbesserter Interaktion zwischen Knochengewebe und Implantat und damit verbesserten klinischen Ergebnissen. Wir stellen poröse Strukturen aus der Formgedächtnislegierung (SMA) Nickel-Titan (NiTi) durch additive Fertigung her und testen sie in vitro und in vivo.

Mithilfe des selektiven Laserschmelzens (SLM) fertigen wir SMA-Strukturen als Gerüste für Tissue-Engineering-Anwendungen und Implantate. Das angewandte Verfahren ermöglicht die Herstellung komplex geformter Metallstrukturen auf der Grundlage eines virtuellen CAD-Modells. Wir untersuchen die Wechselwirkungen der Strukturen mit Vorläuferzellen sowie ihre Reaktion auf dreidimensionale Strukturen in einem neuartigen Bioreaktor-Modellsystem. Dieser Kompressionsperfusions-Bioreaktor dient als In-vitro-Modell für eine orthotope Implantationsstelle, das die Prüfung der NiTi-Gerüste unter physiologischen Bedingungen ermöglicht.

Die Dämpfungseigenschaften von NiTi stehen im Zusammenhang mit der Martensit-Austenit-Phasenumwandlung. Die Ergebnisse zeigen, dass das selektive Laserschmelzen von NiTi für die Herstellung von medizinischen Implantaten mit extrem hoher mechanischer Dämpfungsfähigkeit geeignet ist.

Das Verhalten der porösen Strukturen eröffnet neue Perspektiven und Anpassungen der Biofunktionalität. Die Neuheit dieser Technologie liegt in der Tatsache, dass implantierbare Strukturen mit vordefinierten physikalischen und mechanischen Eigenschaften hergestellt werden können, die für bestimmte Funktionen im Körper optimiert werden können. Insbesondere können die porösen SMA-Strukturen mit einer besseren Leistung im Knochengewebe in Verbindung gebracht werden.

• From powder to complex-shaped NiTi structures by selective laser melting
• Fabricating NiTi shape memory scaffolds by selective laser melting
• Crystallographic phases of NiTi scaffolds fabricated by selective laser melting
• Fatigue behaviour of selective-laser-melted nickel-titanium scaffolds
• FEM analysis of porous titanium bone scaffold
• Ni release from rapid prototyped 3D NiTi scaffolds
• Smart NiTi constructs for 3D cell culture applications
• Properties of NiTi-structures fabricated by selective laser melting