14 Externe wissenschaftliche Einrichtungen
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Item Open Access Herstellung und Charakterisierung von Calciumphosphat Keramikfasern für den Einsatz in der Knochenrekonstruktion(2013) Müller, Alexander; Buchmeiser, Michael R. (Prof. Dr.)Die Produktvielfalt biokeramischer Implantatmaterialien zur Knochenrekonstruktion hat während der letzten Jahrzehnte rasant zugenommen, das in allen Eigenschaften optimale Gerüstmaterial bleibt bis dato jedoch noch unerreicht. Einer der Ansätze, diese Lücke zu schließen, ist das Generieren von dreidimensionalen Gerüstmaterialien mit knochenähnlichen Eigenschaften. Diese Mimikry der Knochenstruktur und –Zusammensetzung führt zu einem watteähnlichen, definiert offenporösen Material, das vollständig aus biokompatiblen Keramikfasern mit Durchmessern von 10 μm aufgebaut ist. Ein solches Material besitzt durch seine nahezu äquivalente chemische Zusammensetzung und sein flexibles Deformationsvermögen großes Potential für die Knochenrekonstruktion kleiner, schwer zugänglicher Fülldefekte. Im Rahmen dieser Arbeit wurden deshalb Untersuchungen zur Herstellung oxydischer, keramischer Fasern des Systems Ca(OH)2/H3PO4/H2O und Ca(OH)2/H3PO4/H2O/Al(OH)3 durchgeführt. Diese Systeme sind durch ihre chemische Zusammensetzung und mechanischen Eigenschaften besonders zur Knochenrekonstruktion geeignet. Es wurden im Verlauf dieser Forschungsarbeit Spinnsysteme entwickelt, die über manuelle sowie maschinelle Spinnverfahren zu so genannten Grünfasern versponnen werden konnten. Den entwickelten Spinnsystemen sowie den generierten Grünfasermaterialien war gemein, dass sie sich aus einem polymeren, faserformenden Additiv und anorganischen Verbindungen zusammensetzten. Der Einsatz von Poly(ethylenoxiden) und Calciumchlorid sowie Phosphorsäure lieferte Spinnsysteme auf wässrig-alkoholischer Basis. Die PEO-Systeme konnten sowohl über Spritzenextrusion, als auch über einen Rotationsspinnprozess zu Grünfaserwatten verarbeitet werden. Die so erhaltenen Grünfasern bzw. Grünfaserwatten wurden bezüglich ihrer Zusammensetzung und Morphologie untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass sich die Grünfasern aus einer bindenden, faserformenden PEO-Polymermatrix und zwei kristallisierten, leichtlöslichen Calciumphosphaten zusammensetzen. Bei diesen plättchenförmigen, keramischen Präkursorverbindungen handelte es sich um Ca2(H2PO4)2Cl2 sowie Ca(H2PO4)Cl. Diese Ausgangsverbindungen konnten mit Ausbeuten bis zu 40 Gew.-% unter Pyrolyse des polymeren Spinnadditivs zur TCP bzw. (Cl/OH)Ap-Keramik unter Erhalt der Faserstruktur umgesetzt werden. Es konnten auf diesem Weg erstmals keramische CaP-Fasern aus molekulardispersen Spinnsystemen über einen Direktprozess hergestellt werden. Es konnte gezeigt werden, dass die Umsetzung des Gemenges von Ca2(H2PO4)2Cl2 und Ca(H2PO4)Cl über mehrere anorganische Festköperreaktionen erfolgt, eine der Hauptphasen stellt dabei Calciumpyrophosphat dar. Die (Cl/OH)Ap-Hauptphase bildete sich ab einer Temperatur von 650 °C aus, die vollständige Umsetzung der Präkursorverbindungen ist bei einer Temperatur von ca. 1150 °C abgeschlossen. Die Korngrößen der (Cl/OH)Ap-Keramikfasern lagen in bekannten Dimensionen eines drucklosen Sinterprozesses von CaP-Keramiken von 500 nm bis 1 μm. Die so generierten TCP bzw. (Cl/OH)Ap-Keramikfaserwatten zeigten jedoch ungenügende Festigkeiten für den Einsatz als Gerüstmaterial zur Knochenrekonstruktion. Zur Optimierung des Gefüges der CaP-Keramikfasern und den daraus resultierenden mechanischen Eigenschaften, wurden die Spinnsysteme und damit die Zusammensetzung der Endkeramik variiert. Erfolgreich Anwendung fand dabei Al2(OH)5Cl, das thermisch bei Temperaturen äquivalent zur Bildungstemperatur von (Cl/OH)Ap, zu Al2O3 umgesetzt werden kann. Die entwickelten Keramikfasersysteme wurden zu Probekörpern verarbeitet und auf ihre biologischen Eigenschaften überprüft. Durch das so beschriebene Verfahren konnten erstmals keramische Fasern auf Basis von Calciumphosphaten aus kostengünstigen, molekulardispersen Spinnsystemen in großem Maßstab hergestellt werden. Die gesponnenen Grünfasermaterialien konnten durch Kontrolle der thermischen Umsetzung zu CaP-Keramikfasern umgesetzt werden. Erste biologische Tests bestätigten das große Potential dieser Keramikfaserwatten für den Einsatz in der Knochenrekonstruktion. Die mechanischen Festigkeiten dieser CaP-Keramikfaserwatten sowie deren Porengrößen gilt es für weiterführende Arbeiten zu optimieren.Item Open Access Entwicklung eines neuartigen textilbasierten Moduls zur Nutzung der Sonnenenergie(2009) Stefanakis, Jannis; Planck, Heinrich (Prof. Dr.-Ing.)Im Mittelpunkt steht die Untersuchung verschiedenartiger Sonnenkollektortypen in Bezug auf Ihre Effizienz und Produktionskosten. Während der Entwicklung von leistungsstarken Sonnenkollektoren, unter Einsatz von verschiedenen, besonders leichten Materialien, stand die Erforschung von Textilien im Mittelpunkt. Die Zielgebung war ein flexibler und effizienter Kollektor, der in den unterschiedlichsten Gebieten, unter verschiedenen geographischen und topographischen Gegebenheiten, einsetzbar ist. Die Arbeit dokumentiert Forschungsstationen über mehrere Jahre.