Ceramic paste for 3D-printable bone implants

Inleiding

Z3DLABS en Delft Solids Solutions hebben de handen ineengeslagen om in dit R&D-project hun kennis en kunde over nanomaterialen, keramische materialen, Additive Manufacturing en medical devices te combineren voor de ontwikkeling van een 3D-printbare keramische pasta, op basis van sub-micron materialen, voor de realisatie van elastische, patiëntspecifieke, niet-giftige, bio-compatible botimplantaten.

Probleemstelling

De huidige beschikbare kennis voor het produceren van goede botimplantaten is niet ver genoeg ontwikkeld en daardoor hebben de huidige implantaten een beperkte levensduur. Dit betekent dat ze vaak nog minstens een keer vervangen moeten worden in lange operaties, met grote risico’s op infecties. Er is een dringende en steeds groter wordende behoefte aan custom-made producten met positieve materiaaleigenschappen waarmee een oneindige levensduur gerealiseerd kan worden.

Uitdagingen

Vorm van implantaten

De huidige medische implantaten zoals Ti cage, PEEK, autograft/allograft en ceramics vertonen de volgende problemen:

• Passen niet altijd even goed.
• Iedere situatie is anders, terwijl er nu standaard implantaten geplaatst worden.
• Veroorzaken schade aan gezond bot.
• Zijn lichaamsvreemd en integreren niet goed in het lichaam.
• Breken te snel af van het bot, wat complicaties zoals pijn veroorzaakt.

Materiaaleigenschappen botimplantaten

De materiaaleigenschappen van botimplantaten vertonen de volgende tekortkomingen:

• Polymeren zijn te zwak en onzichtbaar met medische imaging technieken, terwijl metalen implantaten de imaging storen.
• Implantaten van metaal geleiden, wat onaangenaam is bij extreme warmte of kou.
• Metalen implantaten zijn toxisch, niet flexibel genoeg en hebben corrosierisico’s.
• Keramische implantaten zijn bros en niet sterk bekend bij de eindgebruikers.

Doelstellingen

De uiteindelijk te ontwikkelen 3D-printbare keramische pasta voor botimplantaten dient te resulteren in:

• Een patiëntspecifieke toepassing.
• Een duurzamer product.
• Lagere behandelkosten voor de patiënt.
• Een langere levensduur van het product.
• Meer comfort voor de patiënt.

Resultaten

Dit project resulteert in:

• Kennis en inzicht in het gedrag van verschillende materialen.
• Kennis en inzicht in macroporeuze designs.
• Kennis en inzicht in Additive Manufacturing technieken, in relatie tot nieuwe materialen en designs.
• Een receptuur voor een printbare pasta.
• Een macroporeus design voor botimplantaten.
• Nieuwe 3D-printing en processing technieken op basis van de nieuwe receptuur.
• Een prototype botimplantaat op basis van de nieuwe receptuur, nieuw design en gerelateerde printing en processing technieken.
• Een geoptimaliseerd en gevalideerd implantaat, dat na uitvoering van dit project naar de markt kan worden gebracht.