Bikomponenten-Lösungsmittel-Spinnprozess für PLA-Fasern mit pH-neutralem Abbauverhalten entwickelt

 Am Institut für Textiltechnik der RWTH Aachen University (ITA) werden PLA-Fasern mit Mikrogelen entwickelt, die pH-neutral abgebaut werden können. Durch die Verwendung eines Bikomponenten-Lösungsmittelspinn-Prozesses soll die Verteilung der Mikrogele in der Faser kontrolliert werden, so dass eine für die textile Weiterverarbeitung ausreichende Faserfestigkeit erzielt werden kann.

Der Einsatz von Implantaten aus Polyhydroxycarbonsäuren (PLA) ist besonders im medizinischen Einsatz wichtig, die Vermeidung von Zweitoperationen zur lmplantat-Entfernung, sowie die Vermeidung von Langzeit-Fremdkörperreaktionen stehen dabei im Fokus einer guten, störungsfreien medizinischen Versorgung.

Die Forscher Georg-Philipp Paar, (Institut für Textiltechnik der RWTH Aachen University), Catalina Molano und Andrij Pich (DWI-Leibniz Institut für interaktive Materialien, Aachen), Renate Fourne (Fourne Maschinenbau GmbH) sowie Thomas Gries (Institut für Textiltechnik der RWTH Aachen University) und Stefan Jockenhövel (Institut für Textiltechnik / AME-Helmholtz Institute for Biomedical Engineering) beschreiben im Fachmagazin „melliand Textilberichte“ die Entwicklung dieser speziellen PLA-Fasern für die maschinelle Verarbeitung.

PLA-Fasern sind bereits etablierte biologisch abbaubare Polymere für chirurgisches Nahtmaterial, wirkstoff-freisetzende Systeme und Osteosynthese-Systeme. Das Problem ist, dass bei herkömmlichem Materialien der vorwiegend hydrolytische Abbau dieser Polymere Produkte freigesetzt werden, die zu lokaler Übersäuerung führen können. Der Abfall des pH-Werts kann zu dramatischen klinischen Folgen, wie etwa massiven Entzündungs-Reaktionen bis hin zur vollständigen Gewebezerstörung, führen.

Die geringe Protonenbindungs-Kapazität herkömmlicher Additive führte bis dato zu einem instabilen Spinnprozess bei der Materialerstellung und ist letztlich der Grund der intensiven Forschung. Das finale Ziel des Projekts am ITA ist daher die Herstellung pH-neutral abbauender PLA-Fasern, deren Festigkeit ausreichend für die textile Weiterverarbeitung ist.

pH-Wert responsive Mikrogele bilden den richtigen Ansatz

Ansatz zur effektiven Pufferung der PLA-Fasern ist die Zugabe von Mikrogelen. Amin-basierte Mikrogele sind pH-Wert responsive, kolloidale Polymernetzwerke, die sich im Besonderen aufgrund ihrer hohen Biokompatibilität und hohen Protonenbindungs-Kapazität im Vergleich herkömmlichen Additiven erkennbar besser eignen.

Die unkontrollierte räumliche Verteilung der Mikrogele in die Faser führt bisher jedoch leider zu einem instabilen Spinnprozess. Außerdem variiert die Faserfestigkeit der aus dem Prozess resultierenden Fasern stark.

Mittels der Kombination einer festigkeitsgebenden Komponente und einer pH-Wert puffernden Komponente sollen jetzt Fasern hergestellt werden, die für die textile Weiterverarbeitung geeignet sind und pH-neutral abbauen. In Spinnversuchen werden unter anderem die Technologie (Trocken-/Nass-/Airgap-Spinnen), das Molekulargewicht des PLA, die Spinnlösung, Prozessparameter und die Düsengeometrie variiert. Darüber hinaus werden abschließend die Fasereigenschaften in Zug- und Degradations-Versuchen evaluiert.

Das EU-geförderte Projekt untersucht zudem die Mikrogel-Synthese sowie die Herstellung nanoskaliger Fasern in einem Bikomponenten-Elektrospinnprozess (DWI). Darüber hinaus wird die räumlich definierte Einbringung von Mikrogelen in nicht-faserige PLA-Strukturen erforscht. Dabei liegt der Fokus auf der Herstellung von 3D-gedruckten PLA-Strukturen, die ebenfalls pH-Wert neutral abbauen.