Spritzgussfähiges PEEK

PlasticsToday-Mitarbeiter | 24. September 2021

Das deutsche Chemieunternehmen Evonik und der Schweizer Kunststoffverarbeiter Samaplast haben bei der Entwicklung eines osteoleitfähigen, spritzgusskompatiblen Materials auf PEEK-Basis zusammengearbeitet. Prototypen von Wirbelsäulenimplantaten wurden geformt, um die Verarbeitungseigenschaften des neuen Hochleistungspolymers VESTAKEEP Fusion zu veranschaulichen.

Bisher sei es nahezu unmöglich, Implantate aus Polymerverbindungen mit bioaktiven Partikeln im Spritzgussverfahren herzustellen, da sich meist eine dünne Polymerschicht auf der Oberfläche bilde, die das Einwachsen des Implantats verhindert, erklärte Evonik in einer Pressemitteilung. Die speziell konfigurierten Mikropartikel von VESTAKEEP Fusion und ihre homogene Verteilung ermöglichen jedoch die Bildung funktioneller biphasischer Calciumphosphat-Additive (BCP) auf der Oberfläche spritzgegossener Bauteile. Durch die Zusätze können Knochenzellen schneller am Implantat haften und die Osteointegration zwischen Knochen und Implantat gefördert werden.

„Implantatherstellern fehlte ein PEEK-Material, das mit Knochenzellen verschmilzt und so die Heilung beschleunigt“, sagte Marc Knebel, Leiter des Marktsegments Medical Systems bei Evonik. „Mit VESTAKEEP Fusion schließen wir diese Marktlücke und bieten eine Alternative zu Titan-, Edelstahl- oder Kobalt-Chrom-Implantaten.“

VESTAKEEP Fusion wird zunächst in Granulatform und als Halbzeug angeboten und kann gemahlen, formgepresst, extrudiert und spritzgegossen werden, so Evonik. In enger Zusammenarbeit mit der Samaplast AG wurde das Compound für den Spritzguss optimiert.

„Wir haben VESTAKEEP Fusion auf Spritzgussmaschinen im Reinraum getestet und festgestellt, dass es sehr einfach zu verarbeiten ist“, sagte Stefan Okle, CEO von Samaplast, in einer vorbereiteten Stellungnahme. „Dank des hervorragenden Austauschs mit Evonik konnten wir innerhalb von 10 Tagen einen Prototypen herstellen.“ Bisher dauerte allein die Werkzeugentwicklung acht bis zehn Wochen. Mit Rapid Prototyping lässt sich dieser Prozess erheblich verkürzen.

Um das medizinische Potenzial der Technologie zu demonstrieren, haben Evonik und Samaplast Prototypen von Zwischenwirbelimplantaten, sogenannten Cages oder Spacern, hergestellt, die dazu dienen, den Bandscheibenraum in der Wirbelsäule zu füllen, nachdem dieser aufgrund einer Bandscheibendegeneration entfernt wurde. „Wir haben einen Käfig hergestellt, der alle für Wirbelsäulenimplantate relevanten Details wie Verzahnungen, Gewinde und Öffnungen enthält“, erklärt Okle.

Dank der Designfreiheit, die das Spritzgießen bietet, können VESTAKEEP Fusion-basierte Cages an die patientenspezifische Anatomie und verschiedene Operationstechniken angepasst werden. Die Käfigmodelle zeigen die Gestaltungsvielfalt in den Verriegelungen und in den Hohlräumen zur Verknöcherung. Darüber hinaus erleichtert das Design die Instrumentenführung während der Operation und ermöglicht minimalinvasive, patientenfreundliche Operationstechniken.

Mit VESTAKEEP Fusion stellt Evonik eine neue Produktlinie von PEEK-basierten Implantatmaterialien der nächsten Generation vor, die die Knochenfusion und -rekonvaleszenz beschleunigen. In-vitro-Studien belegen laut Evonik einen Anstieg der Zellanhaftung und Zellproliferation um mehr als 30 %. In präklinischen Tests zeigt die histologische Untersuchung ein dichtes Netzwerk neu gebildeter Osteoblasten an der Knochen-Implantat-Grenzfläche. Die Knochenhistomorphometrie zeigt einen etwa zweifachen Anstieg der Knochenapposition. Darüber hinaus zeigten Ausziehtests eine mehr als zweifache Steigerung der Implantatfixierung, so das Unternehmen.

Evonik entwickelt außerdem ein 3D-druckbares VESTAKEEP Fusion-Filament, das mittels additiver Fertigung mithilfe der Fusionsfilament-Fertigungstechnologie verarbeitet werden kann.

Evonik wird das Biomaterial VESTAKEEP Fusion während der EUROSPINE-Messe in Wien vom 6. bis 8. Oktober 2021 vorstellen.

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