New monomers for 3D printing of filled bone substitute materials

Da die Weltbevölkerung immer älter wird, treten Erkrankungen des Knochengewebes und Knochenbrüche zunehmend häufiger auf. Daher steigt die Nachfrage nach neuen Ansätzen im Bereich der Knochengeweberegeneration. Der Fortschritt lichtbasierter additiver Fertigungstechnologien ermöglicht die Herstellung komplexer, patientenspezifischer Implantate aus photopolymerisierbaren Formulierungen. Diese müssen vorübergehende mechanische Stabilität bieten, biokompatibel sein und gleichzeitig die Neubildung von Knochengewebe ermöglichen. Verbundmaterialien stellen hierfür vielversprechende Kandidaten dar, da sie die gute Verarbeitbarkeit von Polymeren mit der Bioaktivität keramischer Materialien wie Hydroxylapatit kombinieren. Durch die Verwendung eines biokompatiblen, photopolymerisierbaren Binders können zusätzliche Prozessschritte nach dem Druck, wie Entbinderung und Sintern, die üblicherweise bei der lithographiebasierten Keramikfertigung (LCM) erforderlich sind, vermieden werden.In dieser Arbeit wurde eine Thiol-En-basierte, photopolymerisierbare Formulierung mit Hydroxylapatit-Partikeln untersucht, um ihre Eignung zur Herstellung von Knochenersatzmaterial zu bewerten. Zu diesem Zweck wurden silyl-ether-basierte Monomere mit Thiol- und Norbornen-Funktionalitäten synthetisiert und zur Bereitung des Binders verwendet, der zusätzlich einen Photoinitiator und einen Stabilisator enthält. Darüber hinaus wurden gefüllte Formulierungen (Schlicker) mit unterschiedlichen Anteilen an Hydroxylapatit hergestellt, sowohl mit als auch ohne rheologische und dispergierende Additive. Der Binder sowie die daraus resultierenden Schlicker wurden hinsichtlich ihrer Stabilität, ihres rheologischen und photorheologischen Verhaltens, sowie ihrer mechanischen und thermomechanischen Eigenschaften charakterisiert. Insbesondere wurde der Einfluss des Hydroxylapatit-Gehalts und der Additive auf die rheologischen Eigenschaften und die Photopolymerisation untersucht. Zusätzlich wurden die thermomechanischen und mechanischen Eigenschaften der resultierenden Materialien analysiert, um ihre Eignung für biomedizinische Anwendungen zu bewerten. Abschließend wurde die Druckbarkeit des reinen Binders sowie der Schlicker mit Additiven mithilfe eines 3D-Druckers auf Basis der Digital Light Processing-Technologie untersucht. Insgesamt zeigen die Ergebnisse, dass das untersuchte System mit Hydroxylapatit-Partikeln ein vielversprechendes Material für potenzielle Anwendungen im Bereich der Knochengeweberegeneration darstellt.