Laserbasierte Generierung von Nanokompositmaterialien für medizintechnische Anwendungen

Die Materialforschung ist eine wichtige Innovationsquelle für neuartige Medizinprodukte. Einen Ansatz zur Verbesserung der medizintechnisch relevanten Eigenschaften von Kunststoffen stellen polymere Nanokomposite dar, aufgebaut aus in einer polymeren Matrix homogen verteilten Nanomaterialien. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Herstellung, Verarbeitung und biologische Wirkung von polymeren Nanokompositen untersucht. Das angewendete Lösungskonzept umfasste die Formulierung von Verfahrensansätzen zur Produktion von Nanokompositen mit homogen verteilten Nanopartikeln. Zur Generierung kolloidaler Nanomaterialien wurde die gepulste Laserablation in Flüssigkeiten eingesetzt und deren Weiterverarbeitung zu Nanokompositen entlang der vollständigen Prozesskette bis zur Formgebung mittels Spritzgießen und Extrusion charakterisiert. Im ersten Schritt wurde hierzu eine geeignete Anlagentechnik für die reproduzierbare Nanopartikelgenerierung mittels gepulster Laserablation in Flüssigkeiten entwickelt, aufgebaut und charakterisiert. Dabei wurde der Einfluss der Prozessparameter auf die Produktivität des Verfahrens analysiert. Mit der lösungsmittelbasierten und der monomerbasierten Fluidcompoundierung konnten zwei Verfahren zur Einbettung lasergenerierter Nanomaterialien in Polymere definiert werden. Für wässrige Kolloide wurde ein Verfahren entwickelt und zum Patent angemeldet, bei dem die Agglomeration der Nanopartikel bei der Trocknung durch Adsorption auf der Oberfläche von Mikropartikeln umgangen wird und in 'geträgerten Nanopartikeln' resultiert. Als erste medizinische Fragestellung wurden Nanokomposite mit antibakteriellen Eigenschaften auf Basis der Freisetzung von Metallionen (Silber, Kupfer, Zink, Magnesium) untersucht. Des Weiteren wurden durch Gold- und Platinnanopartikel die Oberfläche von Nanokompositen derart beeinflusst, dass eine vermehrte Besiedlung mit Endothelzellen und damit verbesserte Hämokompatibilität erreicht wurde. Abschließend wurde anhand von Prototypen die Eignung der Nanokomposite für eine industrielle Verarbeitung demonstriert. Die gewonnen Erkenntnisse belegen, dass die gepulste Laserablation in Flüssigkeit ein geeignetes Verfahren zur Generierung von Nanokompositen für medizintechnische Anwendungen darstellt.