@phdthesis{Kreczy2020,
  author    = {Kreczy, Dorothea},
  title     = {Untersuchung des in vivo Einwachsverhaltens von Zementgranulaten und -pasten aus resorbierbaren Calcium-dotierten Magnesiumphosphat-Phasen},
  doi       = {10.25972/OPUS-20551},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-205510},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2020},
  abstract  = {In der vorliegenden Arbeit wurden unterschiedliche zementbasierte Knochenersatzmaterialien hinsichtlich ihres Potentials zur Behandlung kn{\"o}cherner Defekte in vivo untersucht. Zwei verschiedene Calcium-dotierten Magnesiumphosphat Zementformulierungen (CMPC) wurden mit einem Referenzmaterial aus Calciumphosphat Zement (CPC) verglichen. Dazu wurden auf Basis von CMPC pr{\"a}fabrizierte, injizierbare Pasten bzw. sph{\"a}rische Granulate hergestellt und anhand von orthotopen, potenziell kraftbelasteten Defekten in Kaninchenfemora getestet. Zentrales Ziel hierbei war es, herauszufinden, wie sich die Materialien in Defektsituationen mit Hartgewebekontakt biologisch verhalten und degradieren bzw. in Knochen umbauen. Nach einer Liegedauer von 6 bzw. 12 Wochen wurden die Knochenneubildung und die Degradation der Materialien mittels Histomorphometrie analysiert. Alle Materialien waren biokompatibel und f{\"u}hrten zur Bildung von neuem Knochen. Der CMPC-Zement zeigte im Vergleich zu CPC einen beschleunigten Abbau, w{\"a}hrend sich am Referenzmaterial mehr mineralisierter Knochen bildete. Die untersuchten Calcium-dotierten Struvit-bildenden Magnesiumphosphatzemente erwiesen sich als biokompatibel, gut resorbierbar und stellen mit ihrer F{\"a}higkeit zur Knochenbildung ein vielversprechendes Knochenersatzmaterial dar.},
  subject      = {Knochenzement},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Renner2018,
  author    = {Renner, Tobias},
  title     = {In vitro Testverfahren zur Qualifizierung von Knochenklebstoffen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-161546},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2018},
  abstract  = {Knochenklebstoffe, welche eine unkonventionelle M{\"o}glichkeit im Bereich der chirurgischen Frakturversorgung darstellen, m{\"u}ssen bereits in vitro eine Reihe an klinischen Anforderungen erf{\"u}llen. Hinsichtlich entsprechender Pr{\"u}fverfahren wurde noch keine Normierungsarbeit geleistet, weswegen Ergebnisse verschiedener Arbeiten schwierig vergleichbar sind. Ziel der Arbeit war es daher Pr{\"u}fverfahren vorzustellen, welche die Besonderheiten des „Werkstoffes Knochen" ber{\"u}cksichtigen. In diesem Rahmen werden zwei neuartigen Klebstoffsysteme, ein in situ h{\"a}rtender Knochenzement aus Trimagnesiumphosphat, Magnesiumoxid und organischer Phytins{\"a}ure und ein lichth{\"a}rtender Knochenklebstoff aus Polyethylenglycoldimethacrylat, NCO-sP(EO-stat-PO), Campherchinon und anorganischen Newberyit-F{\"u}llern, vorgestellt. Neben diesen sind drei kommerziell erh{\"a}ltliche Klebstoffe Gegenstand der Untersuchung. Dies sind zum einen Histoacryl® und TruGlue® Gewebekleber, zwei Klebstoffe auf Cyanoacrylat-Basis mit unterschiedlich langer Alkyl-Seitenkette, zum anderen Bioglue®, ein Gewebekleber aus Albumin und Glutaraldehyd. Bei den Klebstoffen wurde die Zug- und Scherfestigkeit unter Einfluss der physiologischen Klebstoffalterung, der Variation der Klebefugenbreite, der Variation von komplement{\"a}ren F{\"u}geteilen, sowie F{\"u}geteiloberfl{\"a}chen inspiziert. Makro- und mikroskopische, sowie elektronenmikroskopischen Untersuchung der Bruchfl{\"a}chen auf mikrostrukturelle Besonderheiten und Versagemechanismus wurden angestellt. Die neuartigen Klebstoffsysteme unterliegen zwar den konventionellen Cyanoacrylaten hinsichtlich mechanischer Parameter, weisen aber dennoch ad{\"a}quate Klebefestigkeiten auf bei zugleich zahlreichen Vorteilen gegen{\"u}ber konventionellen Systemen im Umgang mit Knochen. Gerade der Magnesiumphosphatzement scheint auf Grund mechanischer Parameter und Vorz{\"u}gen wie der guten Biokompatibilit{\"a}t und biologischen Abbaubarkeit, Osteoinduktivit{\"a}t, Osteokonduktivit{\"a}t, der einfachen Applizierbarkeit, einem hohen Kosten-Nutzen-Faktor oder dem g{\"u}nstigen Verhalten in w{\"a}ssrigen Milieu vielversprechend.},
  subject      = {bone},
  language  = {de}
}
@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{Carrera2015,
  author    = {Carrera, Eva-Maria},
  title     = {Modifikation von Calciumphosphat-Biokeramiken mit biologisch aktiven Metallionen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-141338},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2015},
  abstract  = {Das Ziel dieser Arbeit war es, die Modifizierung von por{\"o}sem, calciumdefizit{\"a}rem, nanokristallinem Hydroxylapatit mit verschiedenen Metallionen zu testen. Es wurden α‑TCP‑basierende Zementproben hergestellt, die durch zwei verschiedene Dotierungsmethoden mit bestimmten Metallionen (Cu2+, Co2+, Mn2+, Ni2+, V3+, Zn2+) modifiziert wurden. Die eine Methode bestand in der Zusinterung der entsprechenden Metallionen zum α‑TCP‑Pulver. Bei der anderen Methode waren die Ionen in unterschiedlicher Konzentration (1 mmolar, 100 μmolar, 10 μmolar) in der Binderl{\"o}sung enthalten. Die hergestellten Zementproben wurden hinsichtlich bestimmter Eigenschaften wie der initialen Abbindezeit und Druckfestigkeit untersucht und zus{\"a}tzlich rasterelektronenmikroskopischen, r{\"o}ntgen-diffraktometrischen und massenspektrometrischen Analysen unterzogen. Als Referenz diente ein bereits am Menschen erfolgreich als Knochenersatzmaterial eingesetzter nanokristalliner, calciumarmer Hydroxylapatit-Zement. Da Hydroxylapatit nahezu nur durch Osteoklasten mittels einer lokalen pH‑Wert-Absenkung resorbiert werden kann, wurden in‑vitro‑Versuche mit einer immortalisierten Makrophagen-Zelllinie durchgef{\"u}hrt. {\"U}ber einen 15‑t{\"a}gigen Versuchszeitraum wurde die Zytokompatibilit{\"a}t mittels bestimmter Zellproliferations- und Zellaktivit{\"a}tsmessungen {\"u}berpr{\"u}ft. Zus{\"a}tzlich wurden die mit Zellen besiedelten Proben unter dem Rasterelektronenmikroskop betrachtet und eine TRAP‑F{\"a}rbung durchgef{\"u}hrt, um die Differenzierung zu osteoklasten{\"a}hnlichen Zellen beurteilen zu k{\"o}nnen. Bei der Auswertung der Versuche wurde deutlich, dass nicht das Metall alleine maßgeblich f{\"u}r Ver{\"a}nderungen der physikalischen Eigenschaften im Vergleich zum metallfreien Referenzzement war. Auch die Art der Metallionendotierung, ob durch Zugabe mit der Binderl{\"o}sung oder durch Zusinterung, hatte bei den Metallen unterschiedliche Auswirkungen auf die Zementeigenschaften. W{\"a}hrend der Versuche wurden Abbindezeiten von 18 Minuten bis {\"u}ber 60 Minuten gemessen und Druckfestigkeiten zwischen 9,3 MPa und 30,5 MPa festgestellt. Bei der Auswertung der Zellversuchsreihe wurde festgestellt, dass die Zellen auf den mit Metallionen modifizierten Zementpl{\"a}ttchen tendenziell eine niedrigere Aktivit{\"a}t bei gleich bleibender Proliferation aufwiesen als auf den metallfreien Referenzproben. Dieses Ergebnis konnte mikroskopisch best{\"a}tigt werden.},
  subject      = {Knochenzement},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Roedel2019,
  author    = {R{\"o}del, Michaela},
  title     = {Development of Dual Setting Cement Systems as Composite Biomaterials with Ductile Properties},
  doi       = {10.25972/OPUS-18277},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-182776},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {Synthetic bone replacement materials have their application in non-load bearing defects with the function of (re-)construction or substitution of bone. This tissue itself represents a biological composite material based on mineralized collagen fibrils and combines the mechanical strength of the mineral with the ductility of the organic matrix. By mimicking these outstanding properties with polymer-cement-composites, an imitation of bone is feasible. A promising approach for such replacement materials are dual setting systems, which are generated by dissolution-precipitation reaction with cement setting in parallel to polymerization and gelation of the organic phase forming a coherent hydrogel network. Hereby, the high brittleness of the pure inorganic network was shifted to a more ductile and elastic behavior. The aim of this thesis was focused on the development of different dual setting systems to modify pure calcium phosphate cements' (CPCs') mechanical performance by incorporation of a hydrogel matrix. A dual setting system based on hydroxyapatite (HA) and cross-linked 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA) via radical polymerization was advanced by homogenous incorporation of a degradable cross-linker composed of poly(ethylene glycol) (PEG) as well as poly(lactic acid) (PLA) with reactive terminal methacrylate functionalities (PEG-PLLA-DMA). By integration of this high molecular weight structure in the HEMA-hydrogel network, a significant increase in energy absorption (toughness) under 4-point bending testing was observed. An addition of only 10 wt\% hydrogel precursor (referred to the liquid phase) resulted in a duplication of stress over a period of 8 days. Additionally, the calculated elasticity was positively affected and up to six times higher compared to pure HA. With a constantly applied force during compressive strength testing, a deformation and thus strain levels of about 10 \% were reached immediately after preparation. For higher degradability, the system was modified in a second approach regarding organic as well as inorganic phase. The latter component was changed by brushite forming cement that is resorbable in vivo due to solubility processes. This CPC was combined with a hydrogel based on PEG-PLLA-DMA and other dimethacrylated PEGs with different molecular weights and concentrations. Hereby, new reaction conditions were created including a shift to acidic conditions. On this ground, the challenge was to find a new radical initiator system. Suitable candidates were ascorbic acid and hydrogen peroxide. that started the polymerization and successful gelation in this environment. These highly flexible dual set composites showed a very high ductility with an overall low strength compared to HA-based models. After removal of the applied force during compressive strength testing, a complete shape recovery was observed for the samples containing the highest polymeric amount (50 wt\%) of PEG-PLLA-DMA. Regarding phase distribution in the constructs, a homogenously incorporated hydrogel network was demonstrated in a decalcifying study with ethylenediaminetetraacetic acid. Intact, coherent hydrogels remained after dissolution of the inorganic phase via calcium ion complexation. In a third approach, the synthetic hydrogel matrix of the previously described system was replaced by the natural biopolymer gelatin. Simultaneously to brushite formation, physical as well as chemical cross-linking by the compound genipin was performed in the dual setting materials. Thanks to the incorporation of gelatin, elasticity increased significantly, in which concentrations up to 10.0 w/v\% resulted in a certain cohesion of samples after compressive strength testing. They did not dissociate in little pieces but remained intact cuboid specimens though having cracks or fissures. Furthermore, the drug release of two active pharmaceutical ingredients (vancomycin and rifampicin) was investigated over a time frame of 5 weeks. The release exponent was determined according to Korsmeyer-Peppas with n = 0.5 which corresponds to the drug liberation model of Higuchi. A sustained release was observed for the antibiotic vancomycin encapsulated in composites with a gelatin concentration of 10.0 w/v\% and a powder-to-liquid ratio of 2.5 g/mL. With respect to these developments of different dual setting systems, three novel approaches were successfully established by polymerization of monomers and cross-linking of precursors forming an incorporated, homogenous hydrogel matrix in a calcium phosphate network. All studies showed an essential transfer of mechanical performance in direction of flexibility and bendability.},
  subject      = {Calciumphosphate},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Spatz2013,
  author    = {Spatz, Kerstin},
  title     = {Mechanische und rheologische Eigenschaften von Calciumphosphat-Zementen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-124860},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2013},
  abstract  = {Zur Erh{\"o}hung der mechanischen Stabilit{\"a}t mineralischer Knochenzemente aus Calciumorthophosphaten (CPC) wurde in einem TTCP/DCPA-System das Zementedukt TTCP mit verschiedenen biokompatiblen Oxiden (SiO2, TiO2, ZrO2) w{\"a}hrend des Herstellungsprozesses dotiert. Dies f{\"u}hrte zur Bildung von Calciummetallaten und einer Herabsetzung der L{\"o}slichkeit der TTCP-Komponente des Zements. Gegen{\"u}ber einem oxidfreien Zement konnte die Druckfestigkeit von 65 MPa auf 80 MPa (SiO2) bzw. 100 MPa (TiO2) gesteigert werden. In einem zweiten Ansatz zur Verbesserung der Injizierbarkeit wurden die Wechselwirkungen der Partikeloberfl{\"a}chen mit der fl{\"u}ssigen Zementphase betrachtet. Durch biokompatible Additive sollte eine repulsive elektrostatische Wechselwirkung eingestellt werden, um Partikelagglomerate effektiv zu dispergieren und eine verfl{\"u}ssigende Wirkung zu erreichen. Die Injizierbarkeit eines TTCP/DCPA-Zements durch eine Kan{\"u}le mit 800 µm Durchmesser konnte durch die Verwendung von 500 mM tri-Natriumzitrat-L{\"o}sung aufgrund einer deutlichen Herabsetzung der Viskosit{\"a}t der Zementpaste signifikant gesteigert werden (>95\%, P/L 3,3/1, Kraftaufwand 20 N). Abschließend wurde der Einfluss der Partikelgr{\"o}ßenverteilung auf die Festigkeit und Injizierbarkeit einer auf monomodaler Partikelgr{\"o}ßenverteilung basierten Zementmatrix untersucht. Hierzu wurden einem mechanisch aktivierten a-TCP-System unreaktive, feink{\"o}rnige F{\"u}llstoffpopulationen (TiO2, CaHPO4, CaCO3) zugesetzt und systematisch deren Effekt in Verbindung mit einer Partikelaufladung durch tri-Natriumzitrat auf die rheologischen und mechanischen Eigenschaften untersucht. Erst die Kombination einer bimodalen Partikelgr{\"o}ßenverteilung mit tri-Natriumzitrat-L{\"o}sung f{\"u}hrte zu einer starken Erniedrigung der Viskosit{\"a}t, damit zur nahezu vollst{\"a}ndigen Injizierbarkeit der Zemente und einer teilweise signifikanten Steigerung der mechanischen Festigkeiten (z.B. 72 MPa reiner a-TCP-Zement auf 142 MPa mit Zusatz von CaHPO4).},
  subject      = {Biomaterial},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Hinderer2021,
  author    = {Hinderer, Sandra},
  title     = {Charakterisierung der Freisetzung verschiedener Antibiotika aus resorbierbaren anorganischen Knochenersatzmaterialien sowie die Untersuchung des Einflusses auf materialcharakteristische Eigenschaften},
  doi       = {10.25972/OPUS-23083},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-230836},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2021},
  abstract  = {Synthetische anorganische Knochenersatzmaterialien auf Calcium-Phosphat- und Magnesium-Phosphat-Basis wurden in der hier vorliegenden Dissertation mit verschiedenen handels{\"u}blichen Antibiotika versetzt und deren Freisetzungsverhalten charakterisiert. Zudem wurde der Einfluss des Antibiotikazusatzes auf bestimmte materialcharakteristische Eigenschaften untersucht, hierbei fanden die Quecksilberporosimetrie, die R{\"o}ntgendiffraktometrie und die Rasterelektronenmikroskopie ihre Anwendung. Insbesondere f{\"u}r die Knochenersatzmaterialien auf Calcium-Phosphat-Basis sollte eine klinisch praktikable und demnach m{\"o}glichst einfache Methode etabliert werden, um die Kombination mit einem Antibiotikum durchzuf{\"u}hren. Die Detektion der Antibiotika erfolgte mit Hilfe eines UV/VIS-Spektrophotometers. Zudem wurde f{\"u}r einige ausgew{\"a}hlte Kombinationen aus Antibiotikum und Knochenersatzmaterial durch einen Agardiffusionstest die antibakterielle Wirkung nach der Freisetzung aus dem jeweiligen Tr{\"a}germaterial best{\"a}tigt.},
  subject      = {Wirkstofffreisetzung},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Schaufler2023,
  author    = {Schaufler, Christian Thomas Siegfried},
  title     = {Osteogenes Potential additiv gefertigter Calciummagnesiumphosphat-Keramiken},
  doi       = {10.25972/OPUS-31179},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-311798},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2023},
  abstract  = {Der steigende Bedarf an Knochenersatzmaterialien (KEM) in Medizin und Zahnmedizin verdeutlicht die Notwendigkeit der Etablierung weiterer alloplastischer, also synthetisch hergestellter, KEMs. Additive Fertigung erm{\"o}glicht die Herstellung patientenspezifischer Implantate. Hierf{\"u}r wird auf Basis von 3D Bildgebung eines Knochendefekts, ein Implantat mittels CAD geplant und anschließend mittels additiver Fertigung, zum Beispiel durch 3D Pulverdruck hergestellt. Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung des osteogenen Potentials in vitro von Calciummagnesiumphosphatkeramiken mit der allgemeinen Strukturformel CaxMg(3-x)(PO4)2 mit x = 0; 0,25; 0,75; 1,5; 3 aus additiver Fertigung. Hierf{\"u}r wurden Pr{\"u}fk{\"o}rper mittels 3D Pulverdruck gedruckt, anschließend durch Hochtemperatursinterung verfestigt und durch Behandlung mit reaktiven L{\"o}sungen nachgeh{\"a}rtet. Abh{\"a}ngig von der reaktiven L{\"o}sung wandelte sich die Keramik teilweise in Struvit, Bruschit und Newberyit um. Die biologische Testung in vitro erfolgte mit hFOB 1.19 Zellen und ergab eine gute Biokompatibilit{\"a}t sowie die Ausdifferenzierung osteogener Progenitorzellen f{\"u}r fast alle Keramikphasen, wobei die newberyithaltigen Keramiken tendenziell bessere Ergebnisse erzielten.},
  subject      = {Knochenzement},
  language  = {de}
}
@phdthesis{BruecknergebChristel2019,
  author    = {Br{\"u}ckner [geb. Christel], Theresa},
  title     = {Novel application forms and setting mechanisms of mineral bone cements},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-157045},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {Calcium phosphate cements (CPC) represent valuable synthetic bone grafts, as they are self-setting, biocompatible, osteoconductive and in their composition similar to the inorganic phase of human bone. Due to their long shelf-life, neutral setting and since water is sufficient for setting, hydroxyapatite (HA) forming cements are processed in different paste formulations. Those comprise dual setting, Ca2+ binding and premixed cement systems. With dual setting formulations, both dissolution and precipitation of the cement raw powder occur simultaneously to the polymerization of water-soluble monomers to form a hydrogel. Chelating agents are able to form complexes with Ca2+ released from the raw powder. Premixed systems mostly contain the raw powder of the cement and a non-aqueous binder liquid which delays the setting reaction until application in the moist physiological environment. In the present work, two of those reaction mechanisms allowed the development of HA based cement applications. Drillable cements are of high clinical interest, as the quality of screw and plate osteosynthesis techniques can be improved by cement augmentation. A drillable, dual setting composite from HA and a poly(2-hydroxyethyl methacrylate) hydrogel was analyzed with respect to the influence of monomer content and powder-to-liquid ratio on setting kinetics and mechanical outcome. While the conversion to HA and crystal growth were constantly confined with increased monomer amount, a minimum concentration of 50 \% was required to see impressive ameliorations including a low bending modulus and high fracture energy at improved bending strength. Increasing the liquid amount enabled injection of the paste as well as drilling after 10 min of pre-setting. While classic bone wax formulations have drawbacks such as infection, inflammation, hindered osteogenesis and a lack of biodegradability, the as-presented premixed formulation is believed to exhibit outmatching properties. It consisted of HA raw powders and a non-aqueous, but water-miscible carrier liquid from poly(ethylene glycol) (PEG). The bone wax was proved to be cohesive and malleable, it withstood blood pressure conditions and among deposition in an aqueous environment, PEG was exchanged such that porous, nanocrystalline HA was formed. Incorporation of a model antibiotic proved the suitability of the novel bone wax formulation for drug release purposes. Prefabricated laminates from premixed carbonated apatite forming cement and poly(ε-caprolactone) fiber mats with defined pore architecture were presented as a potential approach for the treatment of 2-dimensional, curved cranial defects. They are flexible until application and were produced in a layer-by-layer approach from both components such that the polymer scaffold prevents the cement from flowing. It was demonstrated that solution electrospinning with a patterned collector for the fabrication of perforated fiber mats was suitable, as high fiber volume contents in combination with an appropriate interface enabled the successful fabrication of mechanically reinforced laminates. Mild immersion of the scaffolds under alkaline conditions additionally improved the interphase followed by an increase in bending-strength. Since few years, magnesium phosphate cements (MPC) have attracted increasing attention for bone replacement. Compared to CPC, MPC exhibit a higher degradation potential and high early strength and they release biologically valuable Mg2+. However, common systems offer some challenges while using them in non-classic cement formulations such as the need for foreign ion supply, the potential acidity of the reaction or the fast setting kinetics. Here, it was possible to develop a chelate-setting MPC paste with a broad spectrum of potential applications. The general mechanism of the novel setting principle was tested in a proof-of-principle manner. The cement paste consisted of farringtonite with differently concentrated phytic acid solution for chelate formation with Mg2+ from the raw powder. Adjusting the phytic acid content and adding a magnesium oxide as setting regulator to compensate its retarding effect resulted in drillable formulations. Additionally, there is a strong clinical demand for well working bone adhesives especially in a moist environment. Mostly the existing formulations are non-biodegradable. Ex vivo adhesion of the above presented MPC under wet conditions on bone demonstrated over a course of 7 d shear strengths of 0.8 MPa. Further, the hardened cement specimens showed a mass loss of 2 wt.\% within 24 d in an aqueous environment and released about 0.17 mg/g of osteogenic Mg2+ per day. Together with the demonstrated cytocompatibility towards human fetal osteoblasts, this cement system showed promising characteristics in terms of degradable biocements with special application purposes.},
  subject      = {Knochenzement},
  language  = {en}
}
@phdthesis{SchamelgebGeffers2017,
  author    = {Schamel [geb. Geffers], Martha},
  title     = {Novel dual setting approaches for mechanically reinforced mineral biocements},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-154946},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2017},
  abstract  = {Calcium phosphate biocements are inherently brittle materials due to their ceramic nature. Hence, currently applied cement formulations are only indicated for non-load bearing application sites. An approach to reduce cement brittleness is based on the use of cement - polymer composites, which combine the flexibility of a polymeric phase with the hardness and compression strength of a cement matrix. Here, a relatively new strategy is the use of "dual-setting" cements, in which the polymeric phase is simultaneously build up from monomers or prepolymers during cement setting. This approach largely maintains basic properties of the fresh paste such as rheology or setting time. Previous works on such dual setting cements were dealing with a radical polymerization reaction to create the polymeric network. This type of reaction requires the addition of a suitable initiator system (e.g. a tertiary amine in conjunction with ammonium peroxosulfate), which are often cytotoxic and may interfere with the cement setting conditions. The current thesis dealt with alternative strategies, in which the cross-linking and gelation of the second (polymeric or inorganic) cement phase is initiated by the chemical conditions of the setting reaction such that no additional initiator has to be added to the cement paste. In a first approach a six armed star molecule functionalized with isocyanate groups as reactive termini (NCO-sP(EO-stat-PO)) was used to build up a hydrogel matrix, which was then subsequently mineralized with hydroxyapatite nanocrystals following the hydrolysis of incorporated -tricalcium phosphate particles. The stimulus to initiate hydrogel cross-linking are water molecules, which subsequently hydrolyzed isocyanate groups to amines, which then cross-linked with unreacted isocyanate to form urea-bonds. Here, it was possible to show the advantages features of a dual setting system in comparison to the simple combination of hydrogels with unreactive filler particles. By the formation of the cement matrix within the hydrogel a strength improvement by the factor of 30 could be observed. Furthermore, by applying a dual setting system higher mineral concentrations are realizable. The mechanical properties such as elasticity, compression strength and E-modulus of a composite with 30 wt\% NCO-sP(EO-stat-PO) were found to be similar to the properties of cancellous bone. With the motivation to develop a dual setting and resorbable cement, a brushite (CaHPO4·2H2O) forming cement was modified with a second inorganic silica based precursor. The latter was obtained by pre-hydrolysing tetraethyl orthosilicate (TEOS) under acidic conditions. This silica precursor was mixed with a cement powder composed of ß-tricalcium phosphate and monocalcium phosphate, whereas cement setting occurred by a dissolution-precipitation process to form a matrix of brushite. Simultaneously, the increase of the pH during setting from initially 1-2 to values > 4 initiated the condensation reaction of the hydrolysed TEOS. This resulted in an interpenetrating phase composite material in which the micropores of the cement were filled with the nanoporous silica gel. This resulted in a higher density and a compressive strength of 24 MPa, which is approximately 5-10 times higher than the CPC reference at the same powder to liquid ratio. The microporous character of the composites also altered the release of vancomycin as a model drug, whereby in contrast to the quantitative release from the CPC reference, approx. 25 \% of the immobilised drug remained in the composite matrix. It was also observed, that a variation of the TEOS content in the composite enabled a control over cement phase composition to form either brushite, anhydrous monetite or a biphasic mixture of both. Cytocompatibility tests revealed that composites with the highest silicate content showed an increased cell proliferation compared to the silica-free brushite reference. Proliferation was found to be similar to a hydroxyapatite reference with a significant higher activity per cell. Mechanistically, the improved biological response could not be attributed to the released silicate ions, but to a decreased release of phosphate and adsorption of magnesium ions from the cell culture medium. Finally, an investigated dual setting cement system was based on the combination of a brushite forming cement powder with an aqueous silk fibroin solution. Here, changes of both ion concentration and pH during cement setting were shown to build up an interpenetrating fibroin - brushite composite with combined properties of the elastic polymer and the rigid cement. Mechanistically, the low pH of the cement paste (2) as well as the free Ca2+ ions during setting resulted in a conformation change of the dissolved fibroin from random coil to ß-sheet structure. This leads to a rapid gelation and contraction of the fibroin phase with a self-densifying effect on the cement paste. The set composites showed typical ductile fracture behavior under dry testing conditions and a high elasticity under wet conditions with a mechanical strength nearly an order of magnitude higher than the fibroin free cement reference. Cell number and activity against MG63 cells were strongly increased on silk fibroin cement composite surfaces at later time points, which could be again attributed to a decreased ion release and adsorption compared to the fibroin free cements. This in turn slowed down the in vitro degradation of the CPC phase in such composites.},
  subject      = {Calciumphosphate},
  language  = {en}
}