@phdthesis{Saratsis2018,
  author    = {Saratsis, Vasileios},
  title     = {Untersuchungen zum Abbindeverhalten und der Injizierbarkeit von Magnesiumphosphat-Knochenzementen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-158902},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2018},
  abstract  = {Ziel dieser Arbeit war die experimentelle Untersuchung von selbsth{\"a}rtenden Magnesiumphosphat Zementen als Knochenersatzmaterial bez{\"u}glich der Verarbeitungsqualit{\"a}t, der Temperaturentwicklung beim Abbinden, der Injizierbarkeit und der mechanischen Eigenschaften. Der Schwerpunkt wurde dabei auf die Anpassung der rheologischen Eigenschaften der Zementpaste f{\"u}r eine minimal-invasive Applikation gelegt. Durch eine elektrische Aufladung der Partikeloberfl{\"a}che von Farringtonit nach Adsorption von Citrat-Ionen und Zusatz der biokompatiblen F{\"u}llstoffe Struvit oder TiO2 f{\"u}r die Einstellung einer bimodalen Partikelgr{\"o}ßenverteilung, war es m{\"o}glich, die Viskosit{\"a}t der Pasten zu erniedrigen und den filter-pressing-Effekt w{\"a}hrend der Injektion zu unterdr{\"u}cken. Die Modifikation des Mg3(PO4)2 Pulvers und der fl{\"u}ssigen Phase erlaubte bei einer Verarbeitungszeit von ca. 10 min die nahezu quantitative Injektion des Zements durch eine 40 mm lange Kan{\"u}le mit einem inneren Durchmesser von ca. 800 μm. Zemente mit dem P/L-Verh{\"a}ltnis von 2,0 g/ml erreichten so eine Festigkeit von {\"u}ber 50 MPa nach 24 h Aush{\"a}rtung. Obwohl die exotherme Abbindereaktion der Zemente teilweise zu einer Erw{\"a}rmung auf bis zu 67 °C f{\"u}hrte, geben literaturbekannte in vivo Studien keinen Hinweis auf Nebenwirkungen innerhalb des umliegenden Hart- bzw. Weichgewebes, was den Verdacht einer m{\"o}glichen thermischen Nekrose aufgrund der exothermen Abbindereaktion ausschließt. Dies liegt eventuell auch darin begr{\"u}ndet, dass die Temperaturmessungen in dieser Arbeit mit einer verh{\"a}ltnism{\"a}ßig großen Menge an Zementpaste (∼15 g) durchgef{\"u}hrt wurden, w{\"a}hrend in vivo doch eher geringere Mengen (< 5 g) appliziert werden.},
  subject      = {Knochenzement},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Wenninger2013,
  author    = {Wenninger, Florian},
  title     = {Modifikation von Titanoberfl{\"a}chen mittels elektrochemischer Abscheidung von Magnesiumphosphaten},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-85557},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2013},
  abstract  = {In der vorliegenden Arbeit ist es gelungen, die experimentellen Parameter f{\"u}r eine erfolgreiche elektrochemische Abscheidung sowohl von Struvit (MgNH4PO4 • 6H2O) als auch Newberyit (MgHPO4 • 3H2O) auf durch Sandstrahlen aufgeraute Titanproben zu ermitteln. Welche der beiden Phasen auf den Titanoberfl{\"a}chen abgeschieden wurde, hing dabei haupts{\"a}chlich von der jeweiligen Elektrolytzusammensetzung ab. Bei der Elektrodeposition selbst erwiesen sich eine Elektrolyttemperatur von 50 °C und Stromdichten von etwa 79 - 105 mA/cm2 als optimal, um geschlossene Schichten von hinreichender Dicke reproduzierbar herzustellen. Es zeigte sich, dass die f{\"u}r die jeweiligen Abscheidungsprodukte optimierten Parameter (79 mA/cm2 f{\"u}r Struvit und 105,3 mA/cm2 f{\"u}r Newberyit) zu deutlich unterschiedlichen Massenabscheidungen (4,4 mg/cm2 f{\"u}r Struvit und 0,6 mg/cm2 f{\"u}r Newberyit bei einer Beschichtungsdauer von 15 min) f{\"u}hrten. Das Monohydrat Dittmarit (MgNH4PO4 • H2O) ließ sich nicht direkt abscheiden, konnte aber durch Dampfsterilisation von zuvor erzeugten Struvitschichten in einem Autoklaven erzeugt werden. Um das Verhalten der Oberfl{\"a}chenmodifikationen in einer in-vivo-Umgebung zu simulieren, wurden die Beschichtungen f{\"u}r eine maximale Dauer von 14 Tagen in Simulated Body Fluid (SBF), Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) und in f{\"o}talem K{\"a}lberserum (FCS) eingelagert. In bestimmten Zeitabst{\"a}nden wurden eingelagerte Proben ihrem Medium entnommen, getrocknet und die Schichten mit Hilfe der R{\"o}ntgendiffraktometrie und der Rasterelektronen-mikroskopie hinsichtlich ihrer kristallographischen und morphologischen Eigenschaften charakterisiert. Dabei zeigten die drei Magnesiumphosphate jeweils unterschiedliches Degradationsverhalten in den verschiedenen Einlagerungsmedien. Struvit wandelte sich nach 14 Tagen in DMEM teilweise, in FCS gr{\"o}ßtenteils und in SBF vollst{\"a}ndig zu Bobierrit (Mg3(PO4)2 • 8H2O) um. Ein {\"a}hnliches Verhalten zeigte sich bei Dittmarit, allerdings kam es hier in allen Medien zur Bildung einer weiteren Phase (Tri-Magnesium-Di-Phosphat-5-Hydrat, Mg3(PO4)2 • 5H2O), in FCS bildete sich zus{\"a}tzlich noch Di-Magnesiumphosphathydroxid-4-Hydrat (Mg2PO4OH • 4H2O). Die Newberyit-Schichten hingegen zeigten keinerlei Phasenumwandlungen, l{\"o}sten sich aber in den Einlagerungsversuchen teilweise auf. Diese Ergebnisse zeigen, dass elektrochemisch erzeugte Beschichtungen auf Magnesiumphosphatbasis durchaus vielversprechend im Hinblick auf die funktionelle Modifikation metallischer Implantatoberfl{\"a}chen sind. Neben den literaturbekannten positiven Eigenschaften der Magnesiumphosphate (gute Zytokompatibilit{\"a}t, hohe L{\"o}slichkeit und mechanische Festigkeit) ist f{\"u}r zuk{\"u}nftige Forschungen vor allem das in dieser Arbeit untersuchte Degradationsverhalten von Interesse. Die in fast allen untersuchten Kombinationen aus Schichtmodifikation und Einlagerungsmedium auftretenden Phasenumwandlungen weisen auf durch die physiologische Umgebung hervorgerufene Resorptionsprozesse hin, die wiederum in vivo die Osteointegration des Implantats unterst{\"u}tzen k{\"o}nnten. Ein weiterer Aspekt zuk{\"u}nftiger Untersuchungen ist die m{\"o}gliche Beladung der biokompatiblen Schichten mit bioaktiven Substanzen (antibakterielle oder osteointegrative Wirkstoffe sowie Metallionen zur Unterst{\"u}tzung bzw. Steuerung biologischer Prozesse im implantatnahen Bereich). Hier k{\"o}nnten die unterschiedlichen Degradationsmechanismen der verschiedenen untersuchten Magnesiumphosphat-Modifikationen die Grundlage f{\"u}r kontrollierte und maßgeschneiderte Freisetzungskinetiken liefern.},
  subject      = {Magnesiumphosphate},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Vorndran2011,
  author    = {Vorndran, Elke},
  title     = {Rapid-Prototyping hydraulisch h{\"a}rtender Calcium- und Magnesiumphosphatzemente mit lokaler Wirkstoffmodifikation},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-70245},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2011},
  abstract  = {Ziel dieser Arbeit war die Herstellung individuell formbarer Strukturen mittels des 3D-Pulverdrucks auf Basis von bei Raumtemperatur hydraulisch abbindenden Knochenzementpulvern. Neben der Entwicklung neuartiger Zementformulierungen auf Basis von Magnesiumphosphaten war vor allem die gleichzeitige Ausstattung der Werkstoffe mit temperaturlabilen und bioaktiven Verbindungen ein wichtiger Entwicklungsschritt. Die Lokalisation der Wirkstoffe korreliert dabei mit entsprechenden Farbinformationen im Design der Konstrukte, die durch einen Mehrfarbendrucker physikalisch abgebildet werden. Das auf Calciumphosphat basierende System hat den Nachteil, dass die Abbindereaktion bei stark sauren pH-Werten abl{\"a}uft, was negative Auswirkungen auf die gleichzeitige Ausstattung mit sensitiven Wirkstoffen hat. Zur L{\"o}sung dieser Problematik wurde ein neues Knochenzementpulver auf Magnesiumphosphatbasis entwickelt, welches unter neutralen pH-Bedingungen mit ammoniumhaltigem Binder zu dem Mineral Struvit abbindet. Das Zementpulver aus Trimagnesiumphosphat wurde bez{\"u}glich der pulvertechnologischen Eigenschaften, wie Partikelgr{\"o}ße, Partikelgr{\"o}ßenverteilung, Gl{\"a}ttungseigenschaften und Sch{\"u}ttdichte sowie hinsichtlich des Abbindeverhaltens charakterisiert und f{\"u}r den Druckprozess optimiert. Die hohe Strukturgenauigkeit erm{\"o}glichte die Darstellung von makropor{\"o}sen Strukturen mit einem minimalen Porendurchmesser von ca. 200 µm. Gute mechanische Kennwerte der gedruckten Strukturen, sowie eine hohe Umsetzungsrate zur gew{\"u}nschten Phase Struvit wurden durch eine Nachh{\"a}rtung in Ammoniumphosphatl{\"o}sung erhalten. Die Druckfestigkeit betrug > 20 MPa und der Phasenanteil von Struvit konnte auf insgesamt 54 \% gesteigert werden. Die Darstellung von wirkstoffmodifizierten Calciumphosphat- und Magnesiumphosphatstrukturen durch Verwendung eines Mehrfarbendruckers wurde beginnend vom Design der Strukturen bis hin zur experimentellen Bestimmung der Korrelation von Farbinformation und Binderapplikation etabliert. Zur Sicherstellung einer hohen Druckqualit{\"a}t und der Ortsst{\"a}ndigkeit gedruckter Wirkstoffe erwies sich eine zus{\"a}tzliche Modifikation des Tricalciumphosphatpulvers mit quellf{\"a}higen Polymeren (Hydroxypropylmethyl-cellulose (HPMC) bzw. Chitosan) als erfolgreich. Eine maximale Aufl{\"o}sung von ca. 400 µm konnte f{\"u}r eine HPMC/Chitosan/Calciumphosphat-Variante erreicht werden, w{\"a}hrend das hochreaktive Magnesiumphosphat/Magnesiumoxid-System eine Aufl{\"o}sung von 480 µm aufwies. Die Ortsst{\"a}ndigkeit eingebrachter L{\"o}sungen war Voraussetzung f{\"u}r die Steuerung der Freisetzungskinetik. Das Freisetzungsverhalten in vitro wurde in Abh{\"a}ngigkeit von der Wirkstofflokalisation (homogen, Depot, Gradient) innerhalb der Matrix und unter Einbringung zus{\"a}tzlicher polymerer Diffusionsbarrieren f{\"u}r den Wirkstoff Vancomycin untersucht. Dabei zeigte sich, dass die Modifikation der Matrices mit Polymeren zu einer verz{\"o}gerten Freisetzung f{\"u}hrte. Die lokale Wirkstoffmodifikation der Matrices in Form eines Depots oder Gradienten hatte Einfluss auf die Freisetzungskinetik, wobei eine lineare Freisetzung mit der Zeit (Kinetik 0. Ordnung) erreicht werden konnte. Die applizierten Wirkstoffe umfassten sowohl niedermolekulare Verbindungen, wie etwa das Antibiotikum Vancomycin oder das Polysaccharid Heparin, als auch proteinbasierte Faktoren wie den Knochenwachstumsfaktor rhBMP-2. Beurteilt wurde die pharmakologische Wirksamkeit der Verbindungen nach dem Druck, sowie nach der Freisetzung aus einer Calciumphosphatmatrix f{\"u}r den Wirkstoff Vancomycin. Es konnte belegt werden, dass die biologische Aktivit{\"a}t nach dem Druckprozess zu {\"u}ber 80 \% erhalten blieb. Limitierend war der stark saure pH-Wert bei bruschitbasierten Systemen, der zu einer Inaktivierung des Proteins f{\"u}hrte. Diesem Problem k{\"o}nnte durch die Nutzung des neutral abbindenden Magnesiumphosphatsystems entgegengewirkt werden. Abschließend erfolgten eine mikrostrukturelle Charakterisierung der Calciumphosphat- und Magnesiumphosphatmatrices mittels µ-CT-Analyse und Heliumpyknometrie, sowie eine quantitative Phasenanalyse nach Rietveld. Experimentell konnte nachgewiesen werden, dass mit Hilfe des 3D-Pulverdruck die Darstellung von Makroporen > 200 µm m{\"o}glich ist. Die Analyse der Phasenzusammensetzung ergab, dass die Umsetzungsrate von Tricalciumphosphat und Trimagnesiumphosphat zu den gew{\"u}nschten Phasen Bruschit und Struvit infolge des Nachh{\"a}rtungsprozesses signifikant gesteigert werden konnte. Im Zuge dessen nahm die Porosit{\"a}t der gedruckten Matrices der Phase Struvit von 58 \% auf 26 \% und der Phase Bruschit von 47 \% auf 38 \% ab.},
  subject      = {3D-Druck},
  language  = {de}
}