Innovative 3D-Vliesstoffherstellungverfahren "Net Shape Nonwoven" NSN
Final Report Abstract
In Rahmen des Projektes standen die Umsetzung der zu einem Patent angemeldeten Idee „Trägermaterial aus Fasern und Verfahren zu seiner Herstellung“ und die Entwicklung des Verfahrens im Vordergrund. Ziel dabei ist die Entwicklung eines neuen Vliesstoffherstellungsverfahrens, vorzugsweise für die Fertigung von dreidimensionalen textilen Trägerstrukturen, so genannten „Scaffolds“, für die rekonstruktive Chirurgie. Ähnlich den Rapid Prototyping Technologien soll das Verfahren mit Vliesstoffen ohne Negativform oder Gesenk in der Lage sein, dreidimensionale Vliesstoffstrukturen aufzubauen. Dazu wurden die Teilsysteme Stapelfaserherstellung, Vliesbildung, Vliesbindung für die Zielfaserstoffe und Fasermengen entwickelt und zu einer automatischen 3D-Vliesstoff-Anlage zusammengeführt. Um die Scaffolds nach Maß herstellen zu können, wurde eine CAD-Schnittstelle für die Modellierung der Geometrien und zur Generierung der CNC-Programme für die Steuerung der Anlage entwickelt. Die Funktionstüchtigkeit des Verfahrens wurde durch die Herstellung von Demonstratoren und deren Charakterisierung nachgewiesen. Gegenstand der zweiten Projektphase bestand darin, bioresorbierbare Materialien zu Scaffolds zu entwickeln und mit Zellen zu besiedeln. Hierzu wurden Anpassungen an den einzelnen Teilprozessen durchgeführt, damit diese bioresorbierbaren Fasermaterialien bearbeitet werden können. Zur Entwicklung von voll resorbierbaren Scaffolds wurde Gelatine als Bindemittel für die bioresorbierbaren Fasermaterialien Chitosan und PHB untersucht und eingesetzt. Es ist gelungen, die Gelatin-Bindungspunkte der aus ausschließlich bioresorbierbaren Materialien bestehenden Scaffolds durch eine chemische nicht-toxische Vernetzungsmethode auf der Basis von EDC/NHS zu stabilisieren, so dass die Scaffolds unter Zellkulturbedingungen intakt bleiben und im Kulturmedium nicht zerfallen. Ferner wurden zellbiologische Untersuchungen an aus PES-Fasern sowie aus Chitosan-Fasern hergestellten Scaffolds durchgeführt, Die zellbiologischen Untersuchungen umfassten zuerst Zytotoxitätsuntersuchungen an den verschiedenen Strukturen, damit geklärt werden konnte, ob durch die verschiedenen Herstellungsschritte Verunreinigungen an den Fasern verblieben sind, die für die Zellen toxisch sind. Ferner wurden Chitosanscaffolds mit 7F2 Mausosteoblasten besiedelt und nach mehreren Tagen untersucht. Es stellte sich heraus, dass Chitosanfasern, die mit Hilfe von Gelatine zu einem Scaffold entwickelt wurden, besonders aussichtsreich sind. Eine gute Zellhaftung an den Chitosanfasern wurde nach einem und nach mehreren Tagen beobachtet. Eine Scaffoldkonfiguration mit einer mittleren Porengröße von ca. 120 µm hat sich im Experiment für ein störungsfreies Zellwachstum als gut geeignet erwiesen. Die prinzipielle Eignung der mittels NetShapeNonwoven-Verfahren hergestellten Scaffolds für die Zellbesiedung konnte anhand der durchgeführten Zellversuche zweifelhaft nachgewiesen werden. Damit ist die Basis gelegt, um in weiteren Nachfolgevorhaben weiterzuforschen. Die Erfolg versprechenden Eigenschaften der Scaffolds auf Basis von Chitosan und Gelatin sollen zukünftig in vitro durch umfangreiche zellbiologische Untersuchungen verifiziert und in Tierversuche in vivo angewendet werden. Ferner wurde die alternative thermische Bindungstechnik mittels Laserstahl untersucht und an PA- und PES-Fasern angewendet. Es wurde festgestellt, dass Laserstrahl als Wärmequelle zur Bindung von Faserflor eingesetzt werden kann. Allerdings muss ein geeigneter Laser ausgewählt werden (pulsierender Laser), damit die Fasern nur an der Oberfläche zum Verschmelzen gebracht werden. Die Anwendung vom kontinuierlichen Laser führte dazu, dass das Fasermaterial am Brennpunkt sehr schnell vom festen in den gasförmigen Zustand übergeht und zu hohen lokalen Druckwellen geführt hat, die zu einer Desorientierung und Verschiebungen der Fasern geführt und den gesamten Prozess stark einschränkt haben.
Publications
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Innovative 3D-Vliesstoffherstellungsverfahren für medizinische Anwendungen "Net Shape Nonwoven". In: CD-Rom. 21. Hofer Vliesstofftage, Hof, 08.-09. November 2006
Laourine, E.; Cherif, Ch.
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Schutzrecht DE 102005050560A1 (17.10.2005). Trägermaterial aus Fasern und Verfahren zu seiner Herstellung. 19.04.2007
Laourine, Ezzedine, Offermann, Peter, Cherif, Chokri, Pusch, Thomas
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Textile structured scaffolds. Medica 2007, Düsseldorf 14.-17. November
Laourine, E.; Mrozik, B.; Cherif, Ch.
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Innovative 3D-Vliesstoffherstellungsverfahren für medizinische Anwendungen "Net Shape Nonwoven". Jahresbericht 2007 des Institutes für Textil- und Bekleidungstechnik der TU Dresden (2008), S. 18-19
Laourine, E.; Cherif, Ch.
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„Net-Shape“-Vliesstoffstrukturen für chirurgische Anwendungen / „Net-Shape“ Nonwoven struktures for medical use. In: CD-Rom. 47. Chemiefasertagung Dornbirn, Dornbirn (Österreich), 17.-19. September 2008
Laourine, E.; Cherif, Ch.
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Net Shape Nonwoven, eine neue Technologie für die Herstellung von maßgeschneiterten Scaffolds für die rekonstruktive Chirurgie. Jahresbericht 2008 des Institutes für Textil- und Bekleidungstechnik der TU Dresden (2009), S. 34-35
Laourine, E.; Cherif, Ch.
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Neuartige Vliesstoff-Methode für die Herstellung von Trägermaterialen/Novel nonwoven method for scaffolds manufacturing. In: EzzedineLaourine - presentation.pdf. 15. Techtextil- Symposium, Frankfurt, 16.-17. Juni 2009
Laourine, E.; Cherif, Ch.
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Schutzrecht DE 102009015791A1 (23.03.2009). Trägermaterial für die rekonstruktive Chirurgie und Verfahren zu seiner Herstellung. 30.09.2010
Laourine, Ezzeddine, Cherif, Chokri
