DE102009015791B4

DE102009015791B4 - Trägermaterial für die rekonstruktive Chirurgie und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE102009015791B4
Application number: DE102009015791.3A
Authority: DE
Inventors: Dr. Laourine Ezzeddine; Prof. Dr.-Ing. Cherif Chokri
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 2009-03-23
Filing date: 2009-03-23
Publication date: 2015-09-24
Anticipated expiration: 2029-03-24
Also published as: DE102009015791A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Trägermaterials in Form eines Knochenersatzstücks für die rekonstruktive Chirurgie mit einer offenporigen Struktur, bestehend aus Fasern, die in mehreren einzelnen Schichten lose aufgetragen und schrittweise durch Bindepunkte zu einer dem Knochenersatzstück entsprechenden Form verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass – Schichten aus Mikrofasern (2) und darauf abgelegten Nanofasern (6) gebildet und übereinander gestapelt werden, wobei – nach dem Legen einer jeden Schicht aus Mikrofasern mit darauf abgelegter Schicht aus Nanofasern ein Bereich der gelegten Schicht, der dem Querschnitt des zu bildenden Trägermaterials in der betreffenden Schichthöhe entspricht, verfestigt und mit dem verfestigten Bereich der zuvor gebildeten Schicht verbunden wird, und – die alternierende Schichtbildung und Schichtverfestigung so lange wiederholt wird, bis das dreidimensionale Trägermaterial (1) mit der offenporigen Struktur und einer dem Knochenersatzstück entsprechenden Form vorliegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Trägermaterial für die rekonstruktive Chirurgie und ein Verfahren zu seiner Herstellung, so genannte „Scaffolds”, nach den Merkmalen der Ansprüche 1 und 13.
Es ist bereits bekannt, Zellen auf Trägermaterialien (Scaffolds) zu kultivieren und die so hergestellte Gewebekultur als Gewebeersatz zu verwenden. Als Trägermaterialien werden z. B. Gele, Faserstoffe, poröse Keramiken oder andere zwei- bzw. dreidimensionale Strukturen eingesetzt. Es ist bekannt, verschiedene Gewebe, wie z. B. Knorpel, die durch Verletzung, Abnutzung oder Krankheit defekt sind, mit Hilfe von gezüchteten Gewebekulturen zu therapieren. Hierzu werden körpereigene Zellen beispielsweise in dreidimensionalen Trägermaterialien eingebracht und in vitro vermehrt und das so hergestellte Material in den Körper implantiert. Die für biokompatible Implantate eingesetzten Trägermaterialien haben wesentlichen Einfluss auf die Besiedelung, das Zellwachstum und die spätere Funktion des Implantates.
Faserstoffe bieten große Oberflächen für den Kontakt mit Zellen und bilden offenporige Strukturen, die für die Versorgung der Zellen mit Nährlösung notwendig sind. Häufig kommen heute Vliesstoffe zum Einsatz, die jedoch nachteilige Inhomogenitäten in der Struktur aufweisen. So werden größere Freiräume zwischen den Fasern nur sehr langsam von Zellen durchwachsen. In Bereichen, in denen Fasern sehr dicht liegen, ist die Zelldichte dagegen sehr gering. Eine Organisation der Faseranordnung in Vliesstoffen ist durch die starke Streuung in der Faserorientierung nur begrenzt möglich. Textile Flächengebilde aus Fäden sind zwar sehr gut strukturiert, aber die Abstände zwischen den Fasern sind extrem unterschiedlich. Innerhalb der Fäden liegen die Fasern extrem dicht und zwischen den Fäden bestehen oft sehr große Abstände.
Trägermaterialien aus textilen Flächengebilden, insbesondere aus Vliesstoffen, Fasergeweben oder Maschenstoffen, weisen durch die überwiegend horizontale Anordnung der Fasern nur eine sehr geringe Druckstabilität auf.
Bei der Herstellung von Implantaten durch Schneiden und Prägen von zweidimensionalen Vliesen können starke Ungleichmäßigkeiten entstehen. Bei der Zellkultivierung werden homogene Vliesgebilde mit definierten Porengrößen benötigt. Vliesherstellungsverfahren sind für die Massenproduktion ausgelegt und sind für die Herstellung geringer Mengen Vlies aus hochreinen und teuren Fasern nicht geeignet.
Aus der DE 199 59 088 A1 ist beispielsweise ein Melt-Blown-Verfahren zur Herstellung von dreidimensionalen luftverwirbelten Vliesen bekannt. Die Vliesstrukturen haben Porengrößen zwischen 20 μm und 500 μm und eine Porosität von < 95%. Bei dem Verfahren ist der Einsatz eines dreidimensional geformten Siebes als Negativform notwendig, worauf sich die Fasern sammeln können.
Aus der DE 103 53 231 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von 3D-Konturenbauteilen mit einem aerodynamischen Vlieslegeverfahrens bekannt, mit dem gleichmäßige Textilien hergestellt werden können. Nachteilig ist hierbei, dass die Bauteile einen reinen schalenförmigen Aufbau aufweisen. Damit sind die Bauteile zwar dreidimensional gestaltet, besitzen jedoch die gleiche Bauteildicke über den gesamten Querschnitt.
In DE 197 21 661 A1 werden in einem dreidimensionalen Gitter angeordnete Stäbe zur Herstellung von Knochen- und Knorpelsatzersatzstrukturen für den unmittelbaren Einsatz in vivo beschrieben. Diese Stäbe bestehen aus biopolymeren, thermoplastischen Werkstoffen und werden mittels selektiven Lasersinterns aus einer pulverförmigen Schicht oder in einem Three-Dimensional Printing (3-DP) Verfahren, ähnlich dem Funktionsprinzip eines Tintenstrahldruckers, schichtweise zu einem dreidimensionalen Gitter aufgebaut. Nachteilig ist hierbei, dass bei diesem Verfahren keine Fasermaterialien verwendet werden können.
Aus der DE 10 2005 050 560 A1 ist ein Trägermaterial aus Fasern und ein Verfahren zu seiner Herstellung bekannt. Das Trägermaterial weist eine frei wählbare dreidimensionale Geometrie und eine offenporige Struktur auf, die aus schichtweise verfestigten Vliesen aus Faserschüttungen gebildet wird. Die Fasern weisen eine Länge von 0,5 mm bis 20 cm auf. Der Durchmesser der Fasern liegt zwischen 1 μm und 300 μm. Es kommen keine Fasern mit abweichender Dimensionierung zur Anwendung. Bei der Herstellung des Vlieses besteht der Nachteil, dass sich die Bindepunkte in den unteren Vliesschichten konzentrieren können und die Bildung einer offenporigen Struktur eingeschränkt wird.
In der DE 10 2006 033 218 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung eines modifizierten künstlichen Gewebes beschrieben. Dieses besteht aus einem Netzkörper mit einer Vielzahl von Maschen, die von Netzfäden begrenzt werden, wobei auf die Netzfäden ein Stoff zur Ausbildung einer Oberflächenstruktur aufgebracht wird. Es werden lediglich flächige Implantate erzeugt, womit Organgewebe, Sehnen und Blutgefäße geklebt werden sollen.
Aus der US 2008/0 208 358 A1 ist bekannt, dass bei der Herstellung sogenannter Scaffolds das Elektrospinning zur Anwendung kommt. Mittels Elektrospinning werden Schichten aus uniaxial orientierten Nanofasern erzeugt, denen allerdings nicht die Funktion einer Tropfsperre bei einem folgenden Klebstoffauftrag zur Erzeugung von Klebepunkten zugeschrieben werden kann.
Auch in der US 6 106 913 A wird bei der Herstellung von zwei- und dreidimensionalen textilen Strukturen das Elektrospinning zur Bereitstellung von Nanofasern beschrieben. Die Strukturen werden vollständig aus den bereitgestellten Nanofasern gebildet. Eine alternierende Schichtbildung mit unterschiedlichen Auftragstechniken geht aus der Druckschrift nicht hervor.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein dreidimensionales Trägermaterial aus Fasermaterial und ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben, womit die genannten Nachteile des Standes der Technik, insbesondere die Konzentration von Bindepunkten in den unteren Schichten vermieden werden und eine Funktionalisierung des Fasermaterials ermöglicht wird.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Varianten des Verfahrens sind Gegenstand von abhängigen Unteransprüchen.
Weiterhin wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Trägermaterial mit den im Anspruch 13 genannten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von abhängigen Unteransprüchen.
Bei dem Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Trägermaterials kommt man ohne Verwendung einer Negativform oder eines Gesenks aus. Aus Mikrofasern wird zunächst auf einer ebenen oder unebenen Unterlage eine Schicht gebildet, auf der eine Schicht aus Nanofasern abgelegt wird.
Anschließend werden beide Schichten mittels einer thermischen, mechanischen oder stoffschlüssigen Bindetechnologie verfestigt. Der Bereich der Verfestigung in X- und Y-Richtung ist dabei auf die zu erreichende Geometrie beschränkt. Anschließend erfolgt der Auftrag einer weiteren Schicht aus Mikro- und Nanofasern, die wiederum einer Verfestigung unterzogen wird, wobei eine Verbindungsbildung mit der bereits zuvor verfestigten Schicht erfolgt. Die Schicht aus Nanofasern wirkt dabei als Tropfsperre beim Einbringen von Klebstoff zur Erzeugung von Bindepunkten und dient zur Funktionalisierung der Mikrofasern sowie des Scaffolds, auch in den mittleren Ebenen.
Die Abfolge der Schritte wird so lange wiederholt, bis die gewünschte Geometrie des Trägermaterials in Z-Richtung erreicht worden ist. Nicht verbundene Fasern außerhalb des Verfestigungsbereiches in X- und Y-Richtung der einzelnen Schichten können vom Trägermaterial mechanisch getrennt werden.
Bei der Herstellung ist neben einer ebenen oder unebenen Unterlage zur Ablage der einzelnen Schichten eine seitliche Begrenzung vorteilhaft aber nicht zwingend erforderlich. Beispielsweise bei Verwendung eines Behälters zur Herstellung des Trägermaterials lässt sich der Umgang mit den Fasern vereinfachen.
Der Auftrag der losen Schichten erfolgt vorteilhaft aus einem Vorratsbehälter für die Mikrofasern und einer zusätzlichen Einrichtung, aus der Nanofasern entnommen oder gewonnen werden können.
Mit Beginn des Verfahrens wird eine dünne Schicht aus Mikrofasern aufgetragen, die die Ausgangsebene darstellt. Auf dieser ersten Schicht erfolgt der Klebstoffauftrag entsprechend der Geometrie der Schnittfläche des herzustellenden Scaffolds und Schnittaufteilung. Diese betropfte Schicht wird mit Mikrofasern belegt und anschließend der Klebstoff ausgehärtet. Dadurch erfolgt eine Verbindungsbildung im Bereich von vorliegenden Klebepunkten. Daraufhin wird die komplette Oberfläche mit Nanofasern nach dem an sich bekannten Verfahren des Elektrospinning beschichtet. Anschließend erfolgt wiederholt ein Klebstoffauftrag und Aufbringen von Mikrofasern.
Durch diese wechselnde Schrittfolge wird der Klebstoff, außer bei der ersten Schicht zu Beginn des Verfahrens, auf die Lage aus Nanofasern aufgetragen und damit eine Ansammlung von Klebstoff in den unteren Schichten verhindert.
Der Auftrag der Materialien, wie beispielsweise Klebstoff, zur Verfestigung der einzelnen Schichten erfolgt mittels einer eigenen Dosiereinrichtung, mit der sich die Schichten in X- und Y-Richtung rastern lassen, so dass der Auftrag des Klebstoffes der gewünschten Geometrie des Trägermaterials folgt. Die Steuerung bzw. die Rasterbewegung erfolgt an Hand eines Computermodells auf Grundlage der Geometriedaten des herzustellenden Trägermaterials.
Die Dosierung des Klebstoffes wird dabei so gewählt, dass im Wesentlichen eine Benetzung der losen Schicht erfolgt. Bei der Wahl einer alternativen Bindetechnologie wird analog verfahren, so dass sich beispielsweise der mechanische Verfestigungsvorgang auf den Bereich der gerade gebildeten losen Schicht beschränkt.
Das erfindungsgemäße Trägermaterial besteht aus einer Vielzahl von Schichten, die jeweils aus einer mittels Bindepunkte verfestigten Mikrofaserschicht mit einer dünnen Auflage aus einer Nanofaserschicht besteht, wobei die Verteilung der Bindepunkte zwischen den Fasern in den Schichten und den gleichartigen Bindepunkte zwischen den einzelnen Schichten die offenporige Struktur gewährleisten. Es entsteht damit ein neuartiger Hybrid-Scaffold. Abhängig vom Fasermaterial erfolgt die Verfestigung der Einzelfasern durch thermische, mechanische oder stoffschlüssige Bindetechnologien.
Als Fasermaterialien werden biokompatibel synthetisch resorbierbare und/oder nicht abbaubare Fasermaterialien verwendet.
Die Länge der Mikrofasern liegt zwischen 0,5 mm und einigen Zentimetern. Insbesondere bei Anwendung der Vernadelungstechnik zur Verfestigung der Schichten ist der Einsatz von Fasern bis zu einer Länge von 20 cm möglich. Der Durchmesser der einzelnen Fasern beträgt zwischen 1 μm und 300 μm. Der Querschnitt der Fasern kann rund oder profiliert sein. Ebenso ist der Einsatz von gewellten und/oder geprägten Mikrofasern möglich. Der Durchmesser der Nanofasern liegt im Schnitt unter 100 nm.
Das Trägermaterial kann vorteilhaft aus einer Mikrofasernmischung aus abbaubaren und nicht abbaubaren Fasern hergestellt werden, wobei die abbaubaren Fasern eine unterschiedliche Abbaukinematik aufweisen können. Die Mischung kann Fasern mit unterschiedlicher Länge und ggf. mit unterschiedlichen Faserquerschnitten aufweisen. Dabei ist es für den Erhalt eines porösen Materials von Vorteil, dass gekräuselte oder gewellte Fasern verarbeitet werden, womit sich eine regellose Anordnung und ein genügend großer Abstand zwischen den Fasern einstellt.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt sich aus einem anfangs lose aufgeschichteten Fasermaterial mit alternierend folgenden Verfestigungsschritten ein Trägermaterial nach vorgegebener dreidimensionaler Gestalt herstellen. Der dazu benötige gerätetechnische Aufwand und die Menge an verbrauchtem Fasermaterial sind gering. Die Porosität ist durch die Wahl der alternierend aufeinander folgenden Verfahrensschritte, durch die Wahl des Fasermaterials, ggf. in bestimmten Mischungen, und die Wahl der Verfestigungstechnologie genau und reproduzierbar einstellbar.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich eine definierte Porosität erreichen. Porositäten um 98% über die gesamte Geometrie des Trägermaterials sind bei der Verwendung von sehr feinen Fasern möglich. Es besteht darüber hinaus die Möglichkeit, gezielt Kavitäten und Mikrostrukturen im Trägermaterial zu erzeugen, um die Wachstumsbedingung bei einer Besiedelung mit Zellen und ggf. ein späteres Einwachsen des Implantats zu begünstigen.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Ausführungsbeispielen noch näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
1–7 Darstellungen zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens
8 eine REM-Aufnahme mit Mikro- und Nanofasern
9 eine REM-Aufnahme mit einem gespannten Netz aus Nanofasern
Für die Herstellung eines maßgeschneiderten Scaffolds mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zuerst die Daten der dreidimensionalen Geometrie benötigt. Diese Daten können z. B. aus CT-Bildern stammen. Die 3D-Geometrie wird zuerst in einem CAD-System in mehrere Ebenen zerlegt. Der Abstand zwischen den Ebenen entspricht dem Diskretisierungsbetrag der Geometrie in Z-Richtung. Durch diesen Vorgang entstehen aufgestapelte Regionen, die die gleiche Gestalt wie das benötigte Knochenersatzstück haben. Eine CAD-Routine teilt diese einzelnen Regionen in Rasterlinien, die parallel in X- und Y-Richtung mit einem wählbaren Rasterabstand verlaufen. Der Verlauf der Linien wird in einem NC-Code übersetzt und stellt die Fahrwege und die Rasterpositionen dar, an denen später die Verbindungsbildung zwischen den Schichten erfolgen soll. Die NC-Datengenerierung beginnt mit der untersten Ebene und endet an der obersten Ebene der dreidimensionalen Geometrie. Der Herstellungsprozess besteht aus den gleichen drei Phasen; Klebstoffauftrag, Faserauftrag und Aushärten des Klebstoffs, die wiederholt werden, bis zur Fertigstellung der gesamten Struktur.
1 bis 6 zeigen am Beispiel der Verbindungsbildung mittels Klebstoffauftrag alle Phasen zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Trägermaterials.
In 1 ist ein Behälter 5 in schematischer Darstellung mit abgelegten Schichten 2 aus Mikrofasern dargestellt. Diese Schicht ist zu Beginn des Verfahrens notwendig, damit der Klebstoff nicht auf der Unterlage aufgetragen wird. Prinzipiell stellen helle Bereiche unverfestigtes Fasermaterial und dunkle Bereiche verfestigtes Fasermaterial dar. Eine Dosiereinrichtung 3 für das kurzfaserige Material ist über dem Behälter 5 angebracht, und lässt sich in X-, Y- und Z-Richtung steuern.
In 2 ist der Schritt des Klebstoffauftrages dargestellt. Eine Dosiereinrichtung 4, die in X- und Y-Richtung über dem Behälter 5 steuerbar ist, dient zum lokal begrenzten Auftrag von Klebstoff. Der Klebstoffauftrag erfolgt nur auf den Bereich der Querschnittsfläche, die dem Querschnitt des Trägermaterials in der betreffenden Schichthöhe entspricht.
3 zeigt den erneuten Auftrag von Mikrofasern auf der noch unverfestigten Klebstoffschicht mit Hilfe der Dosiereinrichtung 3.
Entsprechend der 4 erfolgt die Aushärtung der Klebstoffschicht und damit die Verfestigung des gewünschten Bereiches in der Faserschicht.
5 stellt schematisch die Abscheidung von Nanofasern 6 nach der Aushärtung des Klebstoffs dar. Die Abscheidung der Nanofasern 6 erfolgt nach dem an sich bekannten Verfahren des Elektrospinnings. Hierzu ist der Behälter 5, der auch in 1 bis 4 dargestellt ist, elektrisch leitend ausgebildet und mit Massepotential verbunden. Beim Spinnprozess wird der Behälter 5 als Kollektor verwendet. Über dem Kollektor befindet sich eine Dosiereinrichtung 7 zur Aufnahme der Spinnflüssigkeit mit einer Austrittsöffnung in Form einer Nadel oder Kanüle. An die Dosiereinrichtung 7 wird eine Spannung im Kilovoltbereich angelegt, welche ein elektrisches Feld und damit die treibende Kraft für den Spinnprozess erzeugt.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird mit dem in 2 dargestellten Verfahrensschritt fortgesetzt und so lange wiederholt, bis das fertig ausgebildete Trägermaterial 1 vorliegt. Das Trägermaterial 1 kann aus dem Behälter 5 entnommen und von losen Fasern befreit werden.
Mit der Dosiereinrichtung 4 nach 2 kann Klebstoff in gering dosierbaren Mengen in einer linienförmigen Bewegung aufgebracht werden. Die Dosierung erfolgt in sehr kleinen Mengen mit einem zwischen 30 × 10^–12 l bis 500 × 10^–12 l (entspricht einen Tropfendurchmesser zwischen ca. 9 μm und 50 μm) wählbaren Tropfvolumen auf die zuvor aufgeschichteten Fasern.
Wie bereits erwähnt ist der Auftrag von Klebstoff auf die zu erreichende Geometrie des Trägermaterials 1 beschränkt. Auf diese Weise lässt sich ein verfestigter Bereich von dem sonst unverfestigten Fasermaterial exakt abgrenzen und muss nicht nachträglich bearbeitet werden.
Zur erneuten Schichtbildung wird die Basis des Behälters 5 (siehe 3) um einen geringen Betrag abgesenkt. Dadurch wird erreicht, dass die einzelnen Schichten untereinander verbunden sind. Bei dem Ausführungsbeispiel wurde die Basis des Behälters um ca. 0,4 mm abgesenkt. Anschließend erfolgt der Auftrag einer neuen Schicht, die wieder mit Klebstoff versehen wird. Der Kleber wurde mit Hilfe von UV-Licht ausgehärtet.
Die Herstellung einer komplizierten dreidimensionalen Geometrie lässt sich mit Hilfe einer CNC-Steuerung des Behälters 5 unter den Dosiereinrichtungen realisieren. Damit wird gewährleistet, dass die Betropfung der Schichten mit dem Klebstoff im gewünschten Raster erfolgt. Dreidimensionale Strukturen können durch ein wiederholtes Aufschichten der Fasermaterialien genau und reproduzierbar nachgebildet werden.
Eine alternative Variante zur Verfestigung des Fasermaterials ist die Verfestigung der oberen Schicht durch eine mechanische Bindetechnologie. Hierzu können Nadeln mittels einer Mechanik in eine senkrechte und/oder schräge Bewegung versetzt und über die obere Schicht geführt werden.
Eine weitere alternative Variante zur Verfestigung des Fasermaterials ist die Anwendung einer thermischen Bindetechnologie. Durch Erhitzen der oberen Schicht mit Hilfe eines Lasers und angeschlossener Optik werden die Fasern aufgeschmolzen und an Bindepunkten miteinander vereinigt. Der Brennpunkt liegt dabei im Bereich der oberen Schicht.
Es wurde ein Trägermaterial 1 wie in 7 mit einer einfachen dreidimensionalen Struktur hergestellt. Das Trägermaterial 1 weist die Form eines Zylinders mit einem Durchmesser von ca. 10 mm und einer Höhe von 5 mm auf. Ab einer Höhe von ca. 2,5 mm wurde nur die Hälfte der Fläche verfestigt. Das ungebundene Fasermaterial wurde nach Fertigstellung des Trägermaterials entfernt.
Als Fasermaterial für die Mikrofasern wurden Polyamidkurzfasern (PA6.6, 1 mm, 6,7 dtex) verwendet. Zur Verfestigung der Fasern wurde ein UV aushärtender Klebstoff eingesetzt, der selbst nicht biokompatibel ist. Für biokompatible Trägermaterialien können geeignete biokompatible Klebstoffe ausgewählt und eingesetzt werden. Es können verschiedene Pharma-Gelatinen (5%ige–20%ige Lösungen) oder fibrilliertes Kollagen eingesetzt werden. Jedoch müssen sie zum Fixieren nicht erhitzt, sondern gekühlt und anschließend z. B. in einer 1%igen EDC-Lösung (N-Dimethylaminopropyl-N-ethyl-carbodiimid-Hydrochlorid) in 80%igem Ethanol vernetzt werden.
Zur Herstellung von Nanofasern wurden Kollagen/PVA-Lösungen, reines Kollagen und Chitosan zu Nanofasern versponnen. Ausgewertete REM-Aufnahmen nach 8 und 9 belegen eine gute Morphologie der Nanofasern aus Kollagen/PVA-Mischungen. Der Faserdurchmesser liegt im Bereich von 110 nm.
Bei dem aus Mikro- und Nanofasern bestehenden Scaffolds überspannt ein Netz aus Nanofasern die benachbarten Mikrofasern und nimmt zwischen die Mikrofasern gefallene Klebpunkttröpfchen auf. Die Dichte des Netzes aus Nanofasern lässt sich durch Parameter und Dauer des Spinnprozesses einstellen.
Bezugszeichenliste

1: Trägermaterial
2: Schicht aus Mikrofasern
3: Dosiereinrichtung für Mikrofasern
4: Dosiereinrichtung für Klebstoff
5: Behälter
6: Nanofasern
7: Dosiereinrichtung für Spinnflüssigkeit

Claims

Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Trägermaterials in Form eines Knochenersatzstücks für die rekonstruktive Chirurgie mit einer offenporigen Struktur, bestehend aus Fasern, die in mehreren einzelnen Schichten lose aufgetragen und schrittweise durch Bindepunkte zu einer dem Knochenersatzstück entsprechenden Form verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass – Schichten aus Mikrofasern (2) und darauf abgelegten Nanofasern (6) gebildet und übereinander gestapelt werden, wobei – nach dem Legen einer jeden Schicht aus Mikrofasern mit darauf abgelegter Schicht aus Nanofasern ein Bereich der gelegten Schicht, der dem Querschnitt des zu bildenden Trägermaterials in der betreffenden Schichthöhe entspricht, verfestigt und mit dem verfestigten Bereich der zuvor gebildeten Schicht verbunden wird, und – die alternierende Schichtbildung und Schichtverfestigung so lange wiederholt wird, bis das dreidimensionale Trägermaterial (1) mit der offenporigen Struktur und einer dem Knochenersatzstück entsprechenden Form vorliegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Mikrofasern (2) mit einem Durchmesser von 1 μm bis 300 μm und Nanofasern (6) mit einem Durchmesser bis zu 100 nm verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Faserschicht auf eine Unterlage gestreut wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtbildung in einem Behälter (5) vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfestigung der Schichten aus Mikrofasern (2) und Nanofasern (6) mittels einer thermischen Bindetechnologie vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfestigung der Schichten aus Mikrofasern (2) und Nanofasern (6) mittels einer mechanischen Bindetechnologie vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfestigung der Schichten aus Mikrofasern (2) und Nanofasern (6) mittels einer stoffschlüssigen Bindetechnologie vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildung der Schicht aus Mikrofasern (2) mit einer Fasermischung vorgenommen wird, wobei eine Fasermischung aus resorbierbaren und/oder nicht resorbierbaren Mikrofasern (2) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass resorbierbare Mikrofasern (2) mit unterschiedlichen Abbaukinematiken verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildung der Schicht aus Mikrofasern (2) mit einer Fasermischung vorgenommen wird, wobei eine Fasermischung aus Fasern mit unterschiedlichen Querschnitten verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildung der Schicht aus Mikrofasern (2) mit einer Fasermischung vorgenommen wird, wobei eine Fasermischung aus Fasern mit unterschiedlicher Feinheit verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildung der Schicht aus Mikrofasern (2) mit einer Fasermischung vorgenommen wird, wobei die Fasermischung Fasern mit einem Durchmesser von 1 μm bis 300 μm enthält.
Trägermaterial in Form eines Knochenersatzstücks für die rekonstruktive Chirurgie, aufweisend eine dreidimensionale und offenporige Struktur entsprechend der Form des Knochenersatzstücks, bestehend aus in mehreren Schichten gelegten Fasern, die durch Bindepunkte untereinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (1) einen Schichtaufbau aufweist, der jeweils aus einer mittels Bindepunkte verfestigten Schicht aus Mikrofasern (2) mit einer Auflage aus einer Schicht aus Nanofasern (6) besteht, wobei die Bindepunkte zwischen den Fasern in den Schichten und Bindepunkte zwischen den einzelnen Schichten die offenporige Struktur entsprechend der Form eines Knochenersatzstücks gewährleisten.
Trägermaterial nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial eine vernetzte Porenstruktur aufweist.
Trägermaterial nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die vernetzte Porenstruktur Nachbildungen von Gefäßstrukturen aufweist.
Trägermaterial nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (1) resorbierbare und/oder nicht resorbierbare Fasern enthält.
Trägermaterial nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die resorbierbaren Fasern unterschiedliche Abbaukinematiken aufweisen.
Trägermaterial nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (1) Fasern mit unterschiedlichen Querschnitten enthält.
Trägermaterial nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (1) Fasern mit unterschiedlicher Feinheit enthält.
Trägermaterial nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrofasern (2) eine Länge von 0,5 mm bis 20 cm aufweisen.
Trägermaterial nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrofasern (2) einen Durchmesser von 1 μm bis 300 μm und die Nanofasern (6) einen Durchmesser von bis zu 100 nm aufweisen.
Trägermaterial nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Faseranteil der Mikrofasern (2) gewellt und/oder geprägt ist.
Trägermaterial nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern punktuell miteinander verschmolzen sind.
Trägermaterial nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern mechanisch untereinander verhakt sind.
Trägermaterial nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern punktuell miteinander verklebt sind.