03 - Calciumphosphate Flashcards
Löslichkeit als Maß der Biodegradation und Bioresorption
Beispiel - Hydroxylapatit / beta-TCP
Je löslicher eine Verbindung in Wasser ist, desto höher ist auch die Biodegradation/-Resorption
HAP - KL = 10^-114
beta-TCP - KL= 10^-33
Hydroxylapatit
Apatit - Formel und Substitutionsmöglichkeiten
M10 (XO4)6 Y2 mit Y = F,OH,Cl
Substitutionsmöglichkeiten:
- Anionisch: HPO4 2-, CO3 2-, F-, AsO4 3-
- Kationisch: Mg 2+, Na+, K+, Pb 2+, Cd 2+
- Leerstellen
Hydroxylapatit
Calciumphosphate - Formel
Ca10 (PO4)6 Y2 mit Y = F,OH,Cl
Hydroxylapatit
Hydroxylapatit - Formel
Ca10 (PO4)6 X (OH)2
Hydroxylapatit
Synthesewege
Fällung Festkörperreaktion Hydrothermal Biogen Sol-Gel
Tricalciumphosphat
Eigenschaften
osteokonduktiv & resorbierbar
Problematisch, dass beta-TCP ein höheres molares Volumen hat als alpha-TCP
-> Microrisse beim Abkühlen
-> Abhilfe: steigender Magnesiumgehalt erhöht Temparatur der Zustandsänderung und man erhält durchgehend beta
poröse CaP
Porengrößen
100 µm Zellmigration
500µm Vaskularisierung -> Blutgefäße können einwachsen
poröse CaP
kompakt vs porös
porös: verbessertes Einwachsvermögen
kompakt: höhere Festigkeit
Kompromiss: Nur die Oberfläche porös um Festigkeit der Keramik nicht zu stark zu mindern
poröse CaP
Morphosynthetische Ansätze
- “Replamineform” Prozess
- Direkte Umwandlung von Korallen
- Allografte
- Slurry Forming
- Negative Replica
- Positive Replica
- Rapid Prototyping
- Robocasting
- 3D Druck
Erklärung in Skript
Calciumphosphatzemente (CPC)
Arten
Apatit (HAP, PHA)
Brushit (DCPD)
Calciumphosphatzemente (CPC)
Anforderungen an CaP-Zemente
a) Extrudierbarkeit (muss ja aus Spritze rauskommen)
b) Kohäsion (in Flüssigkeit tauchen ohne Zerfall)
Calciumphosphatzemente (CPC)
Anwendungen in der Medizin
Zugfestigkeit 1-10 MPa
Druckfestigkeit 10-100MPa
zerbrechliche Materialien
Einsatz in Kiefer- und Gesichtschirurgie und Behandlung von distalen Radiusfrakturen
weitere Behandlungen in Versuch
CaP-Beschichtungen
Beschichtungsmethoden
- Thermal Spraying
- Sputtern-Kathodenzerstäubung
- Dip Coating
- Sol-Gel
- Elektrophoretisch
- Biomimetisch
CaP-Beschichtungen
Thermal Spraying
Vor-/Nachteile
+ hohe Abscheidungsrate
+ geringe Kosten
- Line of Sight
- hohe T. -> Zersetzung
- hohe Abkühlrate -> ACP
CaP-Beschichtungen
Sputtern
Funktionsweise
Atome aus Target werden durch Beschuss mit energiereichen (Edelgas-)Ionen herausgelöst und gehen in die Gasphase über.
CaP-Beschichtungen
Sputtern
Vor-/Nachteile
+ einheitliche Schichtdicke
+ dichtes Coating
- Line of Sight
- teuer
- zeitaufwändig
- amorphe Coatings
CaP-Beschichtungen
Dip Coatings
Vor-/Nachteile
+ billig & schnell
+ auch komplexe OFs
- hohe Sintertemperaturen
CaP-Beschichtungen
Sol Gel
Vor-/Nachteile
+ günstig, da dünne Beschichtung
+ komplexe OF
+ geringe T
- evtl atmosphärische Kontrolle
- teure Ausgangsmaterialien
CaP-Beschichtungen
Elektrophoretisch
Vor-/Nachteile
+ einheitlich & schnell
+ komplexe OFs zugänglich
- kaum rissfreie Coatings
- hohe Sintertemperaturen notwendig
CaP-Beschichtungen
Biomimetisch
Vor-/Nachteile
+ geringe T
+ knochenartiges HAP möglich
+ komplexe OF
+ Wachstumsfaktoren einbettfähig
- langsam und iterativ
- Prozessführung schwierig: pH-Konstanz
CaP-Beschichtungen
Biomimetisch
Funktionsweise
5x stärkere SBF Lösung wird genutzt, damit sich Kristalle auf der OF zu binden.
Entweder Heterogeneous nucleation:
- wenn GF bereits exisitiert
- OF negativ
oder
Homogeneous nucleation and particle deposition
- OF positiv
Drug Delivery z.B. BMP-2 möglich
CaP-Beschichtungen
Biomimetisch BMP vs keine Beschichtung
Knochenbildung ist bei Metall höher als bei allen Beschichtungskombinationen, da BMP-2 nicht nur die Bildung, sondern auch den Abbau von Knochen fördert
