Von Mikrofasern bis Gefäßimplantaten: Medizintechnik nach Maß

Neue Werkstoffe entfalten ihren Mehrwert für die Medizintechnik oft erst im Zusammenspiel mit präzisen Fertigungsverfahren. Aktuelle Forschungsprojekte zeigen, wie Mikrotechnik, digitale Planung und additive Fertigung individualisierte Medizinprodukte ermöglichen.

Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und des Suzhou Institute of Nano-tech and Nano-bionics entwickelten ein Verfahren, das feinste Fasern allein durch Strömungen an einer Wasseroberfläche zu geordneten Bündeln verdreht. Das kontaktlose Verfahren erzeugt eine gerichtete Drehbewegung und verarbeitet empfindliche Fasern, ohne sie mechanisch zu belasten.

Im Versuch bündelte das Team Seidenfasern mit Durchmessern von 10 bis 20 Mikrometern zu mehrlagigen Strukturen. Da herkömmliche Flechtmaschinen in diesem Größenbereich an ihre Grenzen stoßen, eröffnet der Ansatz neue Möglichkeiten für die Herstellung filigraner Faserstrukturen. Als potenzielle medizinische Anwendung nennen die Forschenden multifunktionales chirurgisches Nahtmaterial.

Wie sich Materialentwicklung und digitale Fertigung zu einer durchgängigen Prozesskette verbinden lassen, zeigt das Projekt NaRo-3D. Im vom Bundesministerium für Landwirtschaft, Ernährung und Heimat (BMLEH) über die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR) geförderten Projekt entwickelten das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), der Biowerkstoffhersteller Tecnaro und das Orthopädietechnik-Unternehmen DOI ortho-innovativ biobasierte Compounds für den 3D-Druck von Prothesenschäften.

Ergänzend entwickelte das Fraunhofer IPA eine virtuelle Planungsplattform, die Bilddaten aus MRT, Laserscannern und Ultraschall in CAD- und Finite-Elemente-Modelle überführt. Damit lassen sich Geometrie und Wandstärke des Schafts an biomechanische Anforderungen und den Tragekomfort anpassen.

Die digitale Prozesskette spart manuelle Arbeitsschritte und entkoppelt die Vermessung von der eigentlichen Fertigung. Dadurch können Fachbetriebe Messdaten unabhängig vom Herstellungsort weiterverarbeiten und ihre Ressourcen gezielter einsetzen.

Noch einen Schritt weiter denkt ein Forschungsteam der Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences. Mit dem Verfahren Focused Rotary Jet Spinning fertigen die Forschenden synthetische Gefäßimplantate innerhalb weniger Minuten.

Dabei formen Hochgeschwindigkeitsrotation und fokussierte Luftströme flüssige Polymerlösungen zu mikro- und nanoskaligen Fasern, die sich zu röhrenförmigen Gerüsten mit definierter Wandstärke und anpassbarem Durchmesser aufbauen. Langfristig soll die Plattform Implantate direkt für die jeweilige Verletzung oder die anatomischen Anforderungen einer Patientin oder eines Patienten herstellen.

Bis zu einer klinischen Anwendung sind weitere Untersuchungen erforderlich. Das Projekt zeigt jedoch, wie sich Werkstoffe, Fertigungsplattform und patientenspezifische Auslegung zu einem integrierten Produktionsprozess verbinden lassen.

Ob Mikrofaser, Prothesenschaft oder Gefäßimplantat: Alle drei Projekte zeigen, dass Materialinnovationen ihren Mehrwert durch geeignete Fertigungsprozesse entfalten kann. Präzise Mikrostrukturen, digitale Auslegung und flexible Produktionsverfahren schaffen die Grundlage für individualisierte Medizinprodukte. Das unterstreicht die wachsende Bedeutung integrierter Lösungen, die Werkstoffentwicklung, Fertigungstechnologie und Prozesskompetenz zu skalierbaren Anwendungen zusammenführen.

Quellen: Karlsruher Institut für Technologie, Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe, Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (EN)