Antibakterielle Filamente, Technologien und Anwendungen

In den letzten Jahren wurde eine Reihe von Materialien mit spezifischen Eigenschaften für den medizinischen Bereich entwickelt. Dies ist der Fall bei antibakteriellen Filamenten, die eine bakterientötende Wirkung entfalten und die Reduzierung oder Beseitigung von Bakterien garantieren.

Was sind Bakterien?

Bakterien sind mikroskopisch kleine Organismen und die am häufigsten vorkommenden Organismen auf unserem Planeten. Sie kommen in allen terrestrischen und aquatischen Lebensräumen und natürlich auch bei Menschen und Tieren vor. Die "harmlosen" Bakterien werden als saprophytische Flora oder Mikrobiom bezeichnet. Nur einige wenige Arten von Bakterien, die als Krankheitserreger bezeichnet werden, gelten als Infektionserreger und können Krankheiten verursachen.

Obwohl die durch Infektionen verursachte Sterblichkeitsrate in den letzten Jahren zurückgegangen ist, muss im medizinischen Bereich mit bestimmten Geräten, Werkzeugen oder Gegenständen, die einer potenziell kontaminierten Umgebung ausgesetzt sind, vorsichtig umgegangen werden. Aus diesem Grund sind antibakterielle Materialien im medizinischen Bereich sehr nützlich, da sie das Risiko von Infektionen oder der Übertragung von Krankheiten durch Kontakt verringern.

Antibakterielle Filamente

Derzeit gibt es mehrere Hersteller von FDM-3D-Druckfilamenten, die sich auf die Entwicklung von Materialien mit spezifischen Eigenschaften für den medizinischen Bereich spezialisiert haben.

Einer der Hersteller, der sich durch die Entwicklung von antibakteriellen Filamenten für den 3D-Druck auszeichnet, ist Copper 3D. Das Team dieses chilenischen Herstellers besteht aus Ingenieuren, Physiotherapeuten und Ärzten, die sich zum Ziel gesetzt haben, Materialien zu entwickeln, die die Hautprobleme lösen können, unter denen Patienten beim Tragen von Prothesen leiden.

Um dies zu erreichen, stellt Copper3D Filamente mit einem Grundmaterialzusatz her, der Kupfernanopartikel enthält, wie zum Beispiel PLActive und MDflex.

Video 1: Antibakterielle Copper3D-Filamente. Quelle: Copper3D

So bietet Copper 3D hochwertige PLA- und TPU 98A-basierte FDM-3D-Druckerfilamente an, die beide Kupfer-Nanopartikel enthalten. Diese wissenschaftlich validierten und hochwirksamen Filamente haben folgende Eigenschaften:

• Die antibakterielle Wirkung dieser Art von Fäden ist in der Lage, 99,9 % der Pilze, Viren und eine große Anzahl von Mikroorganismen zu eliminieren.
• PLActive ist zertifiziert nach ISO 10993-5:2009 (kein zytotoxisches Potenzial), ISO 10993-10:2010 (keine Hautreizung und keine intrakutane Reaktivität) und ISO 10993-12:2012 (biologische Bewertung von medizinischen Geräten).
• 3D-Druckteile aus PLActive können mit UCV, Ozon, Ethox oder Bleichmittel sterilisiert werden, jedoch nicht mit trockener oder feuchter Hitze (Autoklav), da das Material bei 55 °C erweicht.
• MDflex behält alle mechanischen Eigenschaften von TPU, wie Zähigkeit und Flexibilität, hat eine Bruchdehnung von 450 % und eine gute Beständigkeit gegen hohe Temperaturen (138 °C).

Bild 2: Verschiedene Anwendungen von PLACTIVE AN1 und MDFlex. Quelle: Copper 3D.

Copper3D hat Proben seiner Filamente an mehrere mikrobiologische Labors geschickt, wo Studien durchgeführt wurden, um die Wirksamkeit seiner Materialien zu beweisen.

Medphen ist ein weiterer Hersteller, der sich auf die Entwicklung und Herstellung von Materialien für den medizinischen Bereich spezialisiert hat. Zu seinen Produkten gehören biokompatible und antibakterielle Filamente. Die von Medphen entwickelten Materialien finden breite Anwendung in der Pharmakologie, im medizinischen Bereich, in der Dentalindustrie und in der Kosmetik.

Im Fall von Medphen basieren die antibakteriellen Materialien auf der Graphen-Nanotechnologie und sind für medizinische Anwendungen geeignet.

Bild 3: Mit Neo TPU bedruckter Rechnungsstabilisator. Quelle: Mephen.

Graphen-Nanofasern sind beispielsweise in Neo-ABS- und Neo-TPU-Filamenten enthalten und sorgen für antibakterielle Eigenschaften und verbessern die Leistung der Basispolymere. Dank ihrer Eigenschaften erleichtern diese Materialien die Desinfektion und erhalten die Sterilität der Gegenstände, die mit ihnen in Berührung kommen.

Sowohl Copper3D- als auch Medphen-Filamente basieren auf einigen der am weitesten verbreiteten und leicht zu verarbeitenden Polymere wie PLA, ABS oder TPU. Dies macht den FDM-3D-Druck mit antibakteriellen Filamenten für alle Arten von Anwendern zugänglich und mit fast allen FDM-3D-Druckern auf dem Markt kompatibel.

Antibakterielle Filamentanwendungen

Die Entwicklung neuer Materialien, wie die oben genannten, bietet verschiedene Vorteile und Möglichkeiten für die Herstellung von Teilen für den medizinischen Bereich. Einige der möglichen Anwendungen für diese Fäden sind:

• Herstellung von post-operativen Prothesen.
• Herstellung von maßgefertigten Orthesen.
• Herstellung von Prothesen oder orthopädischen Schuheinlagen.
• Herstellung von anatomischen Modellen für die chirurgische Vorbereitung und das Einüben von Verfahren mit Studenten.
• Herstellung von medizinischen Geräten wie Konnektoren, Kathetern, Schläuchen, Flüssigkeits- und Luftmanagement.
• Herstellung von medizinischen Geräten, Werkzeugen oder Prototypen von neuen Utensilien.
• Herstellung von Spendern, Tablettenspendern und Medikamentenbehältern sowie von Schutzboxen.

So ist der FDM-3D-Druck mit antibakteriellen Materialien ein großer Durchbruch für den medizinischen Bereich und bietet Vorteile wie die mögliche Personalisierung und Herstellung von auf den Patienten zugeschnittenen Komponenten, die Verkürzung von Wartezeiten oder, im Falle von Modellen für die Operationsvorbereitung, die Verringerung der Fehlerwahrscheinlichkeit bei Operationen.