Polyvinylidenfluorid-Faserentwicklung für medizinische Implantate:
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| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Aachen
Shaker
2009
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| Schriftenreihe: | Textiltechnik
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| adam_text | Titel: Polyvinylidenfluorid-Faserentwicklung für medizinische Implantate
Autor: Houis, Stéphanie
Jahr: 2009
Inhaltsverzeichnis I
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung 1
2 Biomaterialien und textile Implantate 3
2.1 Werkstoffe in der Medizintechnik 3
2.2 Fasererzeugung für medizinische Produkte 5
2.2.1 Grundlagen des Schmelzspinnverfahrens 6
2.2.2 Verstreckvorgänge beim Schmelzspinnen 9
2.2.3 Orientierung 10
2.2.4 Kristallisation 11
2.3 Stand der Implantatentwicklung 14
2.3.1 Textile Implantate 16
2.3.2 Schmelzspinnen von Multifilamenten aus Biomaterialien 18
2.3.3 Entwicklungsprozess von textilen Implantaten 18
3 Aufgabenstellung 20
4 Biokompatibilität von textilen Implantaten 22
4.1 Interaktionen zwischen Implantat und Körpergewebe 22
4.2 Unterteilung der Biokompatibilität 26
4.3 Kriterien für die Auswahl von Polymeren und
Verarbeitungsverfahren für medizinische Anwendungen 27
4.3.1 Auswahl eines Materials 29
4.3.2 Auswahl von Verarbeitungsverfahren 30
4.3.3 Gestaltung des Produktes 34
4.4 Einfluss der Herstellungsparameter auf die Fasereigenschaften 34
4.5 Wechselwirkung zwischen Faser- und Produkteigenschaften 36
4.6 Eigenschaften textiler Strukturen in Implantaten 39
4.7 Zusammenfassung 42
5 Grundlagen der Zelladhäsion und -migration 44
5.1 Biologie der Zelle am Beispiel von Fibroblasten 44
M Inhaltsverzeichnis
5.2 Einfluss der Oberflächeneigenschaften auf Zelladhäsion und
Zellorientierung 48
5.3 Zusammenfassung 53
6 Faserentwicklung am Beispiel von PVDF 55
6.1 PVDF als Biomaterial 55
6.1.1 Technische Eigenschaften von PVDF 55
6.1.2 Biologische Eigenschaften von PVDF 58
6.1.3 Implantate aus PVDF-Fasem 59
6.1.4 Verfügbarkeit und wirtschaftliche Bedeutung 60
6.2 Versuchseinrichtungen und Analyseverfahren 61
6.2.1 Eigenschaften der Ausgangsmaterialien 61
6.2.2 Aufbau der Spinnanlage und Düsenauswahl 61
6.2.3 Analyse der textilen Parameter 63
6.2.4 Analyse der Faserquerschnitte und -Oberflächen 64
6.2.5 Analyse der Kristallstrukturparameter 69
6.3 Analyse der Auswahl der Spinnparameter und des
Spinnprozesses 76
6.4 Analyse der textilen Fasereigenschaften 78
6.5 Analyse der Oberflächeneigenschaften 84
6.5.1 Bestimmung der Oberflächenrauigkeit mittels Laser-
Scanning-Mikroskopie 85
6.5.2 Ermittlung der Oberflächenrauigkeit mittels Profilometrie und
AFM 87
6.5.3 Kontaktwinkelmessung 91
6.6 Strukturanalyse mittels dynamischer Differenzkalorimetrie
(DSC) 92
6.6.1 DSC-Ergebnisse der PVDF-Fasern mit 24 Filamenten 93
6.6.2 DSC-Ergebnisse der PVDF-Fasern mit verschiedenen
Querschnitten 98
6.7 Faseranalyse mittels Röntenweitwinkelstreuung (WAXD) 100
6.7.1 WAXD-Messungen am Einkristalldiffraktometer 102
6.7.2 WAXD-Messungen am Pulverdiffraktometer 104
Inhaltsverzeichnis III
6.8 Strukturanalyse mittels Raman-Spektroskopie 110
6.8.1 Punktmessungen an PVDF-Fasern 113
6.8.2 Linienscans bei PVDF-Fasern 121
6.9 Zusammenhang zwischen Herstellparametem und
Fasereigenschaften 123
7 Herstellung textiler PVDF-Zellträger 126
7.1 Auswahl geeigneter Zellträgerstrukturen aus PVDF 126
7.2 Versuchseinrichtung und Analyseverfahren 129
7.2.1 Herstellung der Gewirkstruktur 129
7.2.2 Charakterisierung der Porenstruktur 129
7.3 Eigenschaften der PVDF-Gewirke 130
7.4 Zusammenhang zwischen Herstellparametern und
Poreneigenschaften 132
8 Einfluss der Faserstruktur auf das Zellwachstum 134
8.1 Versuchseinrichtung und Analyseverfahren 134
8.1.1 Besiedlung mit Chinese Hamster Ovary-Zellen (CHO) 134
8.1.2 Besiedlung mit L929-Fibroblasten auf PVDF-Gewirken 135
8.1.3 Besiedlung mit L929-Fibroblasten auf PVDF-Einzelfasern 135
8.2 Quantitative Analyse der Ergebnisse der Zellbesiedlung 135
8.2.1 CHO-Zellen 135
8.2.2 L929-Fibroblasten auf PVDF-Gewirken 142
8.3 Qualitative Analyse der Zellversuche - Morphologische
Unterschiede der Zellen 145
8.3.1 CHO-Zellen 145
8.3.2 L929-Fibroblasten auf Einzelfasem 147
8.4 Zusammenhang zwischen Herstellparametern und
Zellwachstum 150
9 Wirtschaftliche Betrachtung der Faserentwicklung für PVDF 153
9.1 Identifikation der Wertschöpfungsposition ausgewählter
Polymere durch Anwendungsbenchmarking 159
jV Inhaltsverzeichnis
9.2 Prozessanalyse und Betrachtung der verarbeitungsspezifischen
Merkmale 163
9.2.1 Bewertung des Spinnprozesses von PVDF-Multifilamenten
anhand des Erfüllungsgrades einzelner Prozessschritte 165
9.3 Prozess-Fehlermöglichkeiten und Einflussanalyse (Prozess-
FMEA) des Schmelzspinnprozesses an der
Bikomponentenanlage des ITA 169
9.4 Kostenentwicklung und Business Mapping 173
9.5 Zusammenfassung der wirtschaftlichen Betrachtung der
Faserentwicklung für PVDF 177
10 Zusammenfassung 179
11 Ausblick 182
12 Literatur 185
13 Nomenklatur 198
14 Anhang 202
14.1 Analyse der textilen Fasereigenschaften 204
14.2 Faseranalyse mittels DSC-Technik 206
14.3 Faseranalyse mittels WAXD-Technik 209
14.4 Faseranalyse mittels Raman-Spektroskopie 211
14.5 Versuchseinrichtung bei der Besiedlung mit CHO-Zellen 212
14.6 Versuchseinrichtung bei der Besiedlung von Gewirken mit
L929-Fibroblasten 215
14.7 Versuchseinrichtung bei der Besiedlung von Fasern mit L929-
Fibroblasten 218
14.8 Prozess-FMEA des Schmelzspinnprozesses 219
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