Synthese eines biomimetischen medizinischen Polymers

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Abbildung 1: (a) Syntheseweg zur Erlangung von Urethanacrylaten für den 3D Druck: Ohne Einsatz von giftigen Isocyanten können mono- und difunktionalisierte Einzelkomponenten für Photoharze synthetisiert werden, welche als reaktive Lösungsmittel (bzw. als Crosslinker) mittels photobasierten 3D-Drucks in Photopolymere umgewandelt werden können. (b) Syntheseroute zur Herstellung von NIPU.

Der Herzbeutel, auch Perikard genannt, umgibt das Herz und besteht aus einem elastischen und doch mechanisch außerordentlich stabilen Material. Aufgrund der einzigartigen Eigenschaften dient körpereigenes oder aufbereitetes Perikard tierischer Herkunft in der Herzchirurgie schon lange als verstärkendes und abdichtendes Material, z.B. zur Verschluss von Septumdefekten oder in der Konstruktion kommerziell erhältlicher biologischer Herzklappen. In der Langzeitanwendung beobachtet man Verkalkungen und Verhärtungen des Materials. Dies erklärt zum Beispiel die nur begrenzte Haltbarkeit biologischer Herzklappenprothesen.

 

Das Ziel dieses Vorhabens ist es, ein Polymer zu erforschen, das die anspruchsvollen mechanischen Eigenschaften des natürlichen Perikards so gut wie möglich nachzubilden vermag, gleichermaßen biokompatibel und in der Langzeitanwendung unbegrenzt biostabil ist. Das nicht lineare mechanische Verhalten des natürlichen Perikards ist den meisten Polymermaterialien nicht zu eigen. Daher wird im PolyKARD-Projekt versucht, dass diese Materialien das mechanische Verhalten über ihre Strukturierung im Herstellungsprozess erhalten. Hierzu werden Elektrospinning und 3D Druck eingesetzt.

 

 

Abbildung 2: Die photoaushärtbaren Urethanharze wurden mittels Digital Light Processing (DLP) auf einem neu entwickelten 3D Drucker zu einer künstlichen Herzhülle verarbeitet. (Quelle: YOE)

Publikationen: 

1.  Guanxing Kuang; Hadi Bakhshi; Wolfdietrich Meyer Urethane-Acrylate-Based Photo-Inks for Digital Light Processing of Flexible Materials. Journal of Polymer Research JPOL-D-22-01699, doi:submitted.

2.  Bakhshi, H.; Kuang, G.; Wieland, F.; Meyer, W. Photo-Curing Kinetics of 3D-Printing Photo-Inks Based on Urethane-Acrylates. Polymers 2022, 14, 2974, doi:10.3390/polym14152974.

3.  Singh, N.; Bakhshi, H.; Meyer, W. Developing Non-Isocyanate Urethane-Methacrylate Photo-Monomers for 3D Printing Application. RSC Adv. 2020, 10, 44103–44110, doi:10.1039/D0RA06388F.

4.  Visser, D.; Bakhshi, H.; Rogg, K.; Fuhrmann, E.; Wieland, F.; Schenke-Layland, K.; Meyer, W.; Hartmann, H. Green Chemistry for Biomimetic Materials: Synthesis and Electrospinning of High-Molecular-Weight Polycarbonate-Based Nonisocyanate Polyurethanes. ACS Omega 2022, doi:10.1021/acsomega.2c03731.

Webseite:

https://promatleben.de/de/projekte/projekte-alphabetisch/polykard/

Kontakt: 

Dr. Wolfdietrich Meyer, wolfdietrich.meyer@iap.fraunhofer.de

Dr. Hadi Bakhshi, hadi.bakhshi@iap.fraunhofer.de

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