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Elektrochemisch gestützte Abscheidung kupfer- und zinkdotierter Magnesiumphosphatschichten auf Titan / Electrochemically Assisted Deposition of Copper and Zinc Modified Magnesium Phosphate on Titanium Surfaces

Sadek, Alexander January 2020 (has links) (PDF)
Zur Entwicklung von Implantaten, welche eine komplikationsärmere Einheilung aufweisen, wurde eine dünne, homogene Beschichtung von Titanprobenkörpern mit Struvit mithilfe elektrochemischer Abscheidung generiert. Hierbei wurden dem Basiselektrolyt in den Versuchsreihen unterschiedliche Konzentrationen an Kupfer-(II)-nitrat-3-hydrat- und/oder Zinknitrat-6-hydratlösung hinzugefügt. Die experimentelle Freisetzung erfolgte in drei unterschiedlichen physiologischen Nährmedien: simulated body fluid (SBF), fetal calf serum (FCS) und Dulbecco’s Modified Eagle Medium (DMEM). Es konnte gezeigt werden, dass eine antibakteriell wirkende Menge an Kupfer- und Zinkionen freigesetzt wurde. Zusammenfassend stellt die elektrochemische Abscheidung von mit Kupfer- und Zink-dotierten Struvit auf Titanoberflächen einen vielversprechenden Ansatz in der Implantologie hinsichtlich der Einheilzeit im Knochen sowie der Risikominimierung des Verlustes dar. / To develop implants with improved bone ingrowth, titanium samples were coated with homogeneous and dense struvite (MgNH4PO4·6H2O) layers by means of electrochemically assisted deposition. Copper(II) nitrate trihydrate and/or zinc nitrate hexahydrate were added to the coating electrolyte in various concentrations in order to fabricate CuZn-doped struvite coatings. Release experiments were carried out with three different quasi-physiological media, namely simulated body fluid (SBF), fetal calf serum (FCS), and Dulbecco’s Modified Eagle Medium (DMEM). It could be shown that an antibacterial amount of copper and zinc ions was released. In summary, the electrochemically deposited CuZn-doped struvite coatings are a promising approach to improve bone implant ingrowth.
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In vitro Untersuchungen zur Biokompatibilität von Magnesiumammoniumphosphat-Zementen / in vitro studies on the biocompatibility of magnesiumammoniumphosphate-cements

Kufner, Andreas January 2010 (has links) (PDF)
Das Ziel dieser Arbeit war es, die grundsätzliche Eignung von verschiedenen Magne-siumammoniumphosphat-Zementen für den eventuellen späteren Einsatz beim Men-schen zu bewerten; dafür wurden diverse in vitro Versuchsreihen zur Prüfung der Biokompatibilität dieser Verbindungen durchgeführt. Als Referenz diente bei diesen Versuchsreihen ein beim Menschen bereits erfolgreich eingesetzter nanokristalliner, kalziumarmer Hydroxylapatit-Zement. Für diese Biokompatibilitätsprüfungen wurde auf den verschiedenen Testoberflä-chen (Mg0,75Ca2,25(PO4)2 –, Mg1,5Ca1,5(PO4)2 –, Mg2,25Ca0,75(PO4)2 –, Mg3(PO4)2 –, Ca3(PO4)2–Zement) eine jeweils definierte Menge an humanen Osteoblasten der Zelllinie MG-63 aufgebracht und diese Zellen wurden danach über einen 14-tägigen Zeitraum kultiviert. Die Biokompatibilitätsüberprüfungen erfolgten mittels bestimmten Zellproliferations- und Zellaktivitätsmessungen; anhand der ermittelten Ergebnisse hinsichtlich Zellzahl und Zellaktivität sollte danach die Eignung dieser neuartigen Magnesiumammoniumphosphat-Zemente zur Verwendung im menschlichen Körper beurteilt werden. Mit Hilfe von elektronenmikroskopischen Aufnahmen wurden die jeweiligen Oberflächenstrukturen der einzelnen Zemente genauer untersucht; außer-dem konnte mit diesen Fotografien das Wachstum und die zelluläre Morphologie von humanen Osteoblasten auf den unterschiedlichen Oberflächen analysiert werden. Bei der Auswertung des Zellwachstums wurden die jeweils höchsten Werte in beiden Versuchsreihen auf dem Hydroxylapatit-Zement gemessen; bei den vier Magnesi-umammoniumphosphat-Zementen waren dagegen weitaus geringere Zellprolifera-tionsvorgänge innerhalb der Versuchsreihen zu beobachten. Auch bei der gesamten mitochondrialen Zellaktivität aller Osteoblasten erreichte der Hydroxylapatit-Zement in beiden Versuchen den maximalen Wert; der Unterschied zu den Werten bei den Magnesiumammoniumphosphat-Zementen war hier allerdings deutlich geringer als bei der Gesamtzellzahl. Vor allem beim Mg3(PO4)2 -Zement konnten in beiden Ver-suchen fast ähnlich hohe Werte beobachtet werden wie beim Hydroxylapatit-Zement. Untersuchte man dagegen die mitochondriale Aktivität der jeweiligen Einzelzelle auf den Oberflächen, unabhängig vom Gesamtwachstum, so konnte für den Hydroxyl-apatit-Zement die niedrigste Aktivität nachgewiesen werden. Die höchste mitochon-driale Einzelzellaktivität hatten in beiden Versuchsreihen die Osteoblasten auf dem Mg3(PO4)2 –Zement; auch die anderen Magnesiumammoniumphosphat-Verbindun-gen konnten trotz des insgesamt geringen Zellwachstums auf diesen Oberflächen re-lativ hohe Werte bei der Einzelzellaktivität erreichen. Insgesamt betrachtet war somit das Zellwachstum auf dem Hydroxylapatit-Zement signifikant stärker ausgebildet als auf allen Magnesiumammoniumphosphat-Verbin-dungen; trotz des im Vergleich geringen Zellwachstums konnte auf den Magnesium-ammoniumphosphat-Zementen aber ein hohes Maß an mitochondrialer Zellaktivität festgestellt werden. Die Auswertung der Oberflächenstruktur der verschiedenen Zemente mittels raster-elektronenmikroskopischer Bilder ergab für den Hydroxylapatit-Zement eine sehr ho-mogene und wenig poröse Oberfläche. Im Gegensatz dazu konnte bei den Magne-siumammoniumphosphat-Zementen (mit Ausnahme des Mg0,75Ca2,25(PO4)2 –Ze-ments) eine sehr raue Oberfläche mit einer starken Porosität nachgewiesen werden. Bei der Analyse der Zellmorphologie der Osteoblasten konnten keine deutlichen Unterschiede auf den verschiedenen Oberflächen beobachtet werden. Es zeigten sich vor allem ähnliche Formen der Zellkörper und auch die Anzahl der Zellen war re-lativ einheitlich; bei den zytoplasmatischen Zellfortsätzen konnten Unterschiede be-züglich ihrer Länge dargestellt werden. Auch die Auswertung der massenspektrometrischen Versuchsreihe ergab für die ver-schiedenen Magnesiumammoniumphosphat-Verbindungen ein sehr einheitliches Bild; beim Vergleich mit der Referenzoberfläche des Hydroxylapatit–Zements zeigte sich jedoch eine deutliche Diskrepanz bezüglich der Freisetzung von den verschie-denen Substanzen. Für die letztendliche Bewertung der Biokompatibilität von Magnesiumammonium-phosphat-Zementen und den eventuellen Einsatz als Knochenersatzmaterial bedarf es allerdings nicht nur zusätzlicher in vitro Versuchsreihen wie in der vorliegender Ar-beit, sondern auch vieler weiterführender Forschungsarbeiten, um die hier erzielten Ergebnisse zu verifizieren. / The aim of this study was to assess the suitability of different magnesiumammoniumphosphate-cements for future use in human body as a bone substitution material.
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Untersuchungen zu Art und Häufigkeit von Harnsteinen beim Hund und der Chemolitholyse von künstlichen Struvit- und Calciumoxalatsteinen (BON(N)-STONES)

Wolters, Marion. Unknown Date (has links) (PDF)
Tierärztl. Hochsch., Diss., 2003--Hannover.
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Återvinn näringsämnen till jordbruket och reducera avloppsreningsverkets ammonium och fosfatbelastning : En litteraturstudie och teoretisk fallstudie av ammoniak- och struvitproduktion i avloppsreningsverk via recirkulation av newberyite / Recycle nutrients to the agriculture and reduce the ammonium and phosphate load on the wastewater treatment plant : A litterature study and theoretical case study of struvite and ammonia production in wastewater treatment plants through recycle of newberyite

Nayström, Julia January 2017 (has links)
Världens befolkning beräknas öka och i takt med den, världens matproduktion. Jordbruket kräver gödselmedel med för växter essentiella näringsämnen så som fosfor och kväve för att bibehålla sin produktionskapacitet. Samtidigt ökar transporten av näringsämnen från åkermark, via mat till städernas avloppsreningsverk vilket både urlakar åkermarken och bidrar till en ökad användning av mineralgödsel. En hållbar försörjning av fosfor och kväve i framtiden bygger på att dessa viktiga näringsämnen kan recirkuleras för att minska brytningen av jungfrulig fosfor och tillverkning av kvävegödsel från fossil naturgas. I vissa avloppsreningsverk har ett magnesiumammoniumfosfat vid namn struvit börjat fällas avsiktligt ur ammonium och fosfatrikt rejektvatten från avvattning av rötslam. Struvit kan tack vare dess innehåll av både kväve och fosfor användas som ett gödselmedel. Tekniken skapar därför både ett gödselmedel med återcirkulerat kväve och fosfor samtreducerarproblem med oönskad struvit fällning som annars kan ske spontant och då skapaigensättning av rör och pumpar i avloppsreningsverkets process. Fällningen av struvit reducerar ca 95 % av fosfatinnehållet i rejektvattnet men endast ca 12 % av ammoniuminnehållet. Forskning visar på att om struvitkristallerna värms kan ammoniumet i molekylen avges som vattenlöst ammoniak som sedan kan ersätta fossilbaserad ammoniak i kvävegödseltillverkning. Resterna av struvitmolekylen, ett magnesiumfosfat vid namn newberyite, kan sedan recirkuleras till rejektvattnet och åter binda till ammonium för att på nytt bilda struvit. Metoden kan därför reduceraammoniumhalten i rejektvattnet ytterligare och den interna kvävebelastningen på avloppsreningsverket minskarsamtidigt som ytterligare en produkt till gödselindustrin, ammoniak, produceras. I rapporten sammanställs den rådande forskningen inom området och det teoretiska ramverket appliceras teoretiskt på ett avloppsreningsverk med existerande struvitfällning. Resultatet diskuteras och metodens kritiska faktorer sammanställs. Metoden visas var fördelaktig ur en miljömässig synvinkel då den reducerar användningen av fossilbaserad ammoniak i gödseltillverkningen och minskar miljöpåverkan frånavloppsreningsverket via reducerad intern kvävebelastning. Då naturgasen beräknas sina inom en snar framtid kan metoden vara ett alternativ för att säkerställa en hållbar försörjning av kvävehaltiggödseltill jordbruket även i framtiden. Ekonomiskt visar den teoretiska fallstudien på lönsamhet under gynnsamma förutsättningar. De mest avgörande faktorerna påvisas vara avsättningen för den biogasproduktion som ökar vid tekniken samt hög betalningsvilja för en ammoniak baserad på återcirkulerade kvävekällor och förnybar energi.
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Analyse der Osteoklastendifferenzierung auf elektrochemisch abgeschiedenen strontiumdotierten Struvitschichten / Differentiation of osteoclastic cells on electrochemically deposited strontium substituted struvite coatings

Wimmer, Katharina January 2019 (has links) (PDF)
Bei der Implantatversorgung von Patienten mit Osteoporose besteht weiterhin eine hohe Komplikationsrate vor allem durch aseptische Prothesenlockerungen. Eine vielversprechende Möglichkeit diese zu minimieren stellt eine Funktionalisierung der Implantate mit Strontium dar. Ziel der vorliegenden Arbeit war es dabei die Wirkung lokal verfügbaren Strontiums auf osteoklastäre und osteoblastäre Zellen zu untersuchen. Mittels elektrochemischer Abscheidung erfolgte die Beschichtung von Titanproben mit strontiumdotiertem Struvit, wobei sieben verschiedene Dotierkonzentrationen zwischen 6 µg und 487 µg Strontium pro Probe hergestellt wurden. Die Untersuchungen an osteoklastären RAW 264.7 Zellen erfolgten mittels Bestimmung von Zellzahl und -aktivität, verschiedener mikroskopischer Methoden sowie auf genetischer Ebene. Osteoblastäre MG63-Zellen wurden orientierend anhand von Zellzahl und Zellaktivität untersucht. Zellbiologisch konnte ein hemmender Einfluss von Strontium auf Differenzierung sowie Proliferation und Aktivität osteoklastärer Zellen gezeigt werden. Die Dotierkonzentration mit den günstigsten Eigenschaften war unter vorliegenden Versuchsbedingungen 487 µg Strontium pro Probe, da sich hierbei zudem eine erhaltene ostoblastäre Proliferation und Aktivität zeigte. / Aseptic loosening of implants is still an issue especially for patients with osteoporosis. In order to minimize the risk of implant failure the functionalisation of implant surfaces with strontium is a promising technique. The aim of the present study was to investigate the effect of locally availible strontium on osteoclastic and osteoblastic cells. Electrochemically assisted deposition was used to provide strontium substituted struvite coatings on titanium surfaces. The strontium concentration ranged from 6 µg to 487 µg per sample. Growth of osteoclastic cells was investigated by the determination of cell number and cellular activity, as well as microscopical and transcriptional level studies. Osteoblasts were studied by determining cell number and cell activity. A general suppressing influence of strontium was observed on the differentiation and activity of osteoclasts. The most favourable properties were found for the highest strontium concentration under investigation, because additionally cell proliferation and activity of osteoblasts was not significantly affected.
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Zelluläre Resorption 3D-gedruckter Knochenimplantate auf Basis von Calciummagnesiumphosphaten / Cellular resorption of 3D-printed bone implants based on calcium magnesium phosphates

Gefel, Eugen January 2023 (has links) (PDF)
Für die Behandlung von Knochendefekten kritischer Größe gibt es heute eine Reihe von Therapiemöglichkeiten. Neuartige Ansätze mit Magnesiumphosphat- (MPC) und Calciummagnesiumphosphatzementen (CMPC) haben sich als echte Alternativen zu den etablierten Calciumphosphaten erwiesen. Ziel war es, die Osteoklastogenese in vitro auf 3D-pulvergedrucktem CMPC und MPC zu induzieren und die zelluläre Resorption (zR) zu analysieren. Polystyrol (PS), Glas, β-TCP und Brushit-bildender Zement dienten als Referenzen. Als Proben wurden Zemente der allgemeinen stöchiometrischen Summenformel CaxMg(3–x)(PO4)2 (x = 0; 0,25; 0,75; 3) verwendet, die Struvit oder Newberyit enthielten. Für die Osteoklastogenese wurden monozytenangereicherte PBMCs aus Buffy-Coat mittels dreifacher Dichtegradientenzentrifugation isoliert, auf die Prüfoberflächen ausgesät und über einen Zeitraum von 22 Tagen mit Zytokinen (M-CSF und RANKL) stimuliert. Die Interaktion der Zellen mit den Zementen bzw. PS/Glas wurde mittels TRAP-Färbung und -Aktivität, DNA- und Ionenkonzentrationen (Ca2+, Mg2+, PO43–, pH-Wert), Rasterelektronen-, Durchlicht-, Auflicht- und Fluoreszenzmikroskopie analysiert. Auf den Struvit- und Newberyit-bildenden Zementen konnten keine für Osteoklasten typischen Riesenzellen nachgewiesen werden. Auf den Struvit-bildenden Zementen wurde deutlich mehr mononukleäre Zellen nachgewiesen wurden als auf den Newberyit-bildenden Zementen. Während die Freisetzung von Mg2+ und PO43– ausschließlich durch die chemische Degradation erfolgte, wurde Ca2+ zunächst adsorbiert und anschließend durch zR freigesetzt. Die erhöhte Ca2+-Adsorption im Vergleich zur Ca2+-Resorption führte insgesamt zu einer Calcium-Präzipitation. Da lediglich auf β-TCP Resorptionslakunen beobachtet wurden, wird angenommen, dass auf den CMPC, MPC und Brushite-bildenden Zementen die zellvermittelte Ca2+-Freisetzung von den Präzipitaten ausging, die von Makrophagen auf den Zementen und/oder Riesenzellen auf den Wellplatten resorbiert wurden. / There are a number of therapeutic options available today for the treatment of critical size bone defects. Novel approaches using magnesium phosphate (MPC) and calcium magnesium phosphate cements (CMPC) have proven to be real alternatives to the established calcium phosphates. The aim was to induce osteoclastogenesis in vitro on 3D powder-printed CMPC and MPC and to analyse cellular resorption (zR). Polystyrene (PS), glass, β-TCP and brushite-forming cement served as references. Cements of the general stoichiometric molecular formula CaxMg(3-x)(PO4)2 (x = 0; 0.25; 0.75; 3) containing struvite or newberyite were used as samples. For osteoclastogenesis, monocyte-enriched PBMCs were isolated from buffy coat by triple density gradient centrifugation, seeded onto the test surfaces and stimulated with cytokines (M-CSF and RANKL) over a period of 22 days. The interaction of the cells with the cements or PS/glass was analysed by TRAP staining and activity, DNA and ion concentrations (Ca2+, Mg2+, PO43-, pH), SEM, transmitted light, reflected light and fluorescence microscopy. No giant cells typical of osteoclasts could be detected on the struvite- and newberyite-forming cements. On the struvite-forming cements, significantly more mononuclear cells were detected than on the newberyite-forming cements. While the release of Mg2+ and PO43- was exclusively by chemical degradation, Ca2+ was first adsorbed and then released by zR. The increased Ca2+ adsorption compared to Ca2+ resorption led to calcium precipitation overall. Since resorption lacunae were only observed on β-TCP, it is assumed that on the CMPC, MPC and Brushite-forming cements, the cell-mediated Ca2+ release originated from the precipitates resorbed by macrophages on the cements and/or giant cells on the well plates.
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3D-Pulverdruck von Zellkulturträgern mit Magnesium-Phosphat-Chemie / 3d powder printing of scaffolds with a magnesium phosphate chemistry

Fuchs, Andreas Rudolf January 2012 (has links) (PDF)
In der vorliegenden Arbeit wurden erstmals im 3D-Pulerdruckverfahren hergestellte Struvit-Matrizes auf ihre Eignung als Trägermaterial für Knochenzellen in vitro untersucht. Hierzu wurde die Zytokompatibilität sowie die chemische Löslichkeit von gedruckten Struvit-Strukturen betrachtet. In einem zweiten Schritt wurde untersucht, ob die biologische Funktion von BMP-2-Lösungen nach Durchlaufen des Druckprozesses erhalten bleibt und ob es möglich ist, BMP-2 unter Beibehaltung seiner biologischen Wirksamkeit direkt in Struvit-Matrizes zu drucken. Als Reaktanten zur Herstellung der Struvit-Matrizes wurde modifiziertes Farringtonit-Pulver mit definierter Körnung und eine äquimolare Binder-Lösung aus DAHP und ADHP verwendet. Die untersuchten Zellkulturträger mit Magnesiumammoniumphosphatchemie zeigten eine ausreichende Zytokompatibilität in vitro. Außerdem wurde gezeigt, dass thermolabile Proteine wie BMP-2 im 3D-Pulverdruckverfahren unter weitgehender Beibehaltung ihrer biologischen Wirksamkeit in vitro grundsätzlich prozessierbar sind. Die Freisetzung direkt eingedruckter Proteine aus den Struvit-Matrizes blieb jedoch hinter den Erwartungen zurück. Mit Struvit steht ein alternatives Zementsystem für den 3D-Pulverdruck zur Verfügung, welches spezifische Vorteile gegenüber den etablierten Calciumphosphaten bietet. Weitere Untersuchungen sind erforderlich, um die Ursache für die geringe BMP-Freisetzung aus den Struvit-Matrizes zu ermitteln und die Vorteile der neutralen Abbindereaktion voll nutzen zu können. / The purpose of the present study was the investigation of 3d powder printed struvite-scaffolds as a carrier material for osteoblastic cells in vitro. For this purpose, their cytocompatibility and their chemical solubility were observed. In a second step we analysed, if BMP-2 could pass through the whole printing process without losing its biological function and furthermore if it is possible to print BMP-2 directly into struvite-scaffolds without a significant loss of biological activity. As reactants for the fabrication of the struvite-scaffolds, we used a modified farringtonite-powder and a binder solution consisting of an equimolar mixture of DAHP and ADHP. The investigated struvite-scaffolds showed a sufficient cytocompatibility. It was also shown, that thermolabile proteins, such as BMP-2, could be processed in 3d powder printing without losing much of their biological activity in vitro. The release of directly imprinted proteins out of the struvite scaffolds remained unsatisfying. Struvite is an alternative hydraulic-setting cement for 3d powder printing with certain advantages over the established calcium phosphate cements. Further investigations are necessary to identify the reasons for the low BMP-release out of the struvite-scaffolds and to take full advantage of the neutral setting reaction of struvite-cements.
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Modifikation von Titanoberflächen mittels elektrochemischer Abscheidung von Magnesiumphosphaten

Wenninger, Florian January 2013 (has links) (PDF)
In der vorliegenden Arbeit ist es gelungen, die experimentellen Parameter für eine erfolgreiche elektrochemische Abscheidung sowohl von Struvit (MgNH4PO4 • 6H2O) als auch Newberyit (MgHPO4 • 3H2O) auf durch Sandstrahlen aufgeraute Titanproben zu ermitteln. Welche der beiden Phasen auf den Titanoberflächen abgeschieden wurde, hing dabei hauptsächlich von der jeweiligen Elektrolytzusammensetzung ab. Bei der Elektrodeposition selbst erwiesen sich eine Elektrolyttemperatur von 50 °C und Stromdichten von etwa 79 – 105 mA/cm2 als optimal, um geschlossene Schichten von hinreichender Dicke reproduzierbar herzustellen. Es zeigte sich, dass die für die jeweiligen Abscheidungsprodukte optimierten Parameter (79 mA/cm2 für Struvit und 105,3 mA/cm2 für Newberyit) zu deutlich unterschiedlichen Massenabscheidungen (4,4 mg/cm2 für Struvit und 0,6 mg/cm2 für Newberyit bei einer Beschichtungsdauer von 15 min) führten. Das Monohydrat Dittmarit (MgNH4PO4 • H2O) ließ sich nicht direkt abscheiden, konnte aber durch Dampfsterilisation von zuvor erzeugten Struvitschichten in einem Autoklaven erzeugt werden. Um das Verhalten der Oberflächenmodifikationen in einer in-vivo-Umgebung zu simulieren, wurden die Beschichtungen für eine maximale Dauer von 14 Tagen in Simulated Body Fluid (SBF), Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) und in fötalem Kälberserum (FCS) eingelagert. In bestimmten Zeitabständen wurden eingelagerte Proben ihrem Medium entnommen, getrocknet und die Schichten mit Hilfe der Röntgendiffraktometrie und der Rasterelektronen-mikroskopie hinsichtlich ihrer kristallographischen und morphologischen Eigenschaften charakterisiert. Dabei zeigten die drei Magnesiumphosphate jeweils unterschiedliches Degradationsverhalten in den verschiedenen Einlagerungsmedien. Struvit wandelte sich nach 14 Tagen in DMEM teilweise, in FCS größtenteils und in SBF vollständig zu Bobierrit (Mg3(PO4)2 • 8H2O) um. Ein ähnliches Verhalten zeigte sich bei Dittmarit, allerdings kam es hier in allen Medien zur Bildung einer weiteren Phase (Tri-Magnesium-Di-Phosphat-5-Hydrat, Mg3(PO4)2 • 5H2O), in FCS bildete sich zusätzlich noch Di-Magnesiumphosphathydroxid-4-Hydrat (Mg2PO4OH • 4H2O). Die Newberyit-Schichten hingegen zeigten keinerlei Phasenumwandlungen, lösten sich aber in den Einlagerungsversuchen teilweise auf. Diese Ergebnisse zeigen, dass elektrochemisch erzeugte Beschichtungen auf Magnesiumphosphatbasis durchaus vielversprechend im Hinblick auf die funktionelle Modifikation metallischer Implantatoberflächen sind. Neben den literaturbekannten positiven Eigenschaften der Magnesiumphosphate (gute Zytokompatibilität, hohe Löslichkeit und mechanische Festigkeit) ist für zukünftige Forschungen vor allem das in dieser Arbeit untersuchte Degradationsverhalten von Interesse. Die in fast allen untersuchten Kombinationen aus Schichtmodifikation und Einlagerungsmedium auftretenden Phasenumwandlungen weisen auf durch die physiologische Umgebung hervorgerufene Resorptionsprozesse hin, die wiederum in vivo die Osteointegration des Implantats unterstützen könnten. Ein weiterer Aspekt zukünftiger Untersuchungen ist die mögliche Beladung der biokompatiblen Schichten mit bioaktiven Substanzen (antibakterielle oder osteointegrative Wirkstoffe sowie Metallionen zur Unterstützung bzw. Steuerung biologischer Prozesse im implantatnahen Bereich). Hier könnten die unterschiedlichen Degradationsmechanismen der verschiedenen untersuchten Magnesiumphosphat-Modifikationen die Grundlage für kontrollierte und maßgeschneiderte Freisetzungskinetiken liefern.
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Osteogenes Potential additiv gefertigter Calciummagnesiumphosphat-Keramiken / Osteogenic potential of calciummagnesiumphosphate ceramics processed by additive manufacturing

Schaufler, Christian Thomas Siegfried January 2023 (has links) (PDF)
Der steigende Bedarf an Knochenersatzmaterialien (KEM) in Medizin und Zahnmedizin verdeutlicht die Notwendigkeit der Etablierung weiterer alloplastischer, also synthetisch hergestellter, KEMs. Additive Fertigung ermöglicht die Herstellung patientenspezifischer Implantate. Hierfür wird auf Basis von 3D Bildgebung eines Knochendefekts, ein Implantat mittels CAD geplant und anschließend mittels additiver Fertigung, zum Beispiel durch 3D Pulverdruck hergestellt. Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung des osteogenen Potentials in vitro von Calciummagnesiumphosphatkeramiken mit der allgemeinen Strukturformel CaxMg(3-x)(PO4)2 mit x = 0; 0,25; 0,75; 1,5; 3 aus additiver Fertigung. Hierfür wurden Prüfkörper mittels 3D Pulverdruck gedruckt, anschließend durch Hochtemperatursinterung verfestigt und durch Behandlung mit reaktiven Lösungen nachgehärtet. Abhängig von der reaktiven Lösung wandelte sich die Keramik teilweise in Struvit, Bruschit und Newberyit um. Die biologische Testung in vitro erfolgte mit hFOB 1.19 Zellen und ergab eine gute Biokompatibilität sowie die Ausdifferenzierung osteogener Progenitorzellen für fast alle Keramikphasen, wobei die newberyithaltigen Keramiken tendenziell bessere Ergebnisse erzielten. / The increasing demand of materials for bone grafting in medicine and dentistry highlights the need of synthetically made, alloplastic, materials for bone grafting. Additive manufacturing enables the production of patient-fitted implants. For this purpose, the implant is virtually planed based on a 3D image dataset, using the CAD technique and produced by additive manufacturing like 3D powder printing. The aim of this study was to investigate the osteogenic potential of calcium magnesium phosphate ceramics (CaxMg(3-x)(PO4)2 with x = 0; 0,25; 0,75; 1,5; 3) in vitro processed by 3D powder printing. Scaffolds were made by 3D powder printing, solidified by high temperature sintering and afterwards post treated with reactive solutions. The reactive solution caused the precipitation of either brushite, newberyite or struvite. The biological testing in vitro, using hFOB 1.19 cells, showed good cytocompatibility and differentiation of osteogenic cells for nearly all ceramics mentioned above. The ceramics containing newberyite achieved slightly better results at all.
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Struvit i Skövde biogasanläggning : En studie av struvitpåväxt i rör och alternativa lösningar för att minska problemet och dess uppkomst

Kajsa, Ignberg January 2015 (has links)
Målet med denna undersökning har varit att finna metoder för rening av struvitpåväxt i rör på Skövde biogasanläggning samt metoder för att undvika uppkomst av struvit. Detta för att man på anläggningen ska kunna öka verkningsgraden och fungera mer resursoptimerat för att på så sätt komma närmare en hållbar samhällsutveckling. Struvit (magnesiumammoniumfosfat hexahydrat) är ett vitt hårt mineral som vanligtvis förekommer i rör, värmeväxlare, pumpar och centrifuger på vattenreningsanläggningar och efter rötningsprocess på biogasanläggningar. Struvit fäller ut som en följd av bland annat pH, temperatur, koncentration och övermättnad. Även rörmaterial kan ha en påverkan på struvitfällning. Undersökningen har genomförts med hjälp av studiebesök samt analys av biogödsel och struvit på Skövde biogasanläggning. Detta för att ta fram den mängd struvit som kan fälla och vart på anläggningen detta sker. En enklare benchmarking har genomförts som har visat att struvitfällning på biogasanläggningar främst uppstår i värmeväxlare och att påväxten där är temperaturberoende. Material och kemikalier har undersökts för att ta fram metoder för rening och hindrande av uppkomst av struvit. Undersökningen har visat på att struvit främst uppkommer i värmeväxlaren och i rörkrökar på anläggningen och att detta är beroende av de pH, övermättnad, temperaturer och höga koncentrationer av fosfor, magnesium och ammonium som finns. Utifrån studien har en teori skapats om att mineralet först uppkommer i kammaren mellan rötkammare och mellantank. Undersökningen visar vidare på att de metoder som är mest effektiva för borttagning av påväxt struvit är att hacka loss mineralen alternativt byta ut rören. För att hindra att påväxt på rör sker rekommenderas att en kombination av metoder genomförs, vilka minskar energianvändningen på anläggningen och hindrar stopp i biogasproduktionen. Kemikalier bör användas om kristallbildning helt ska hindras. Dessa bör tillsättas i nämnda kammare. Till detta bör planerade underhåll ske för att minimera redan påväxt struvit. De rör som byts på anläggningen bör i främsta hand bytas mot plastmaterial. På så sätt kan anläggningen fungera mer resurseffektivt och onödig miljöpåverkan undviks. I studien har endast en grov kostnadsanalys kunnat genomföras. För att vidare understödja ovanstående metod rekommenderas därför en djupare ekonomisk analys genomföras. Denna bör även innefatta studier av kemikaliedos samt undersökning av kontrollplatser för planerade underhåll. / The goal with the study has been to find methods for cleaning and prevention of struvite at Skövde biogasanläggning (biogas plant). This to increase the efficiency and resource optimize the biogas plant and in that way get closer to a sustainable development of the society. Struvite (magnesiumammoniumphosphate hexahydrate) is a white, harsh mineral that commonly occurs in pipes, heat exchangers, pumps, and centrifuges at wastewater plants and after digestion processes at biogas plants. Struvite precipitates as a result of pH, temperatures, concentrations and supersaturation. Pipe material can also contribute. The study has been conducted through study visits and analyses of digestate and struvite at Skövde biogasanläggning to find the amount of struvite that can precipitate and where at the plant this happens. A simple benchmarking has been conducted, which shows that struvite precipitation at biogas plants mainly occurs in heat exchangers and that the fouling is temperature dependent. Materials and chemicals have been studied to find methods for cleaning and prevention of struvite. The study has shown that struvite mainly occurs in the heat exchanger and in pipe bends at the biogas plant and that it is dependent of the pH, supersaturation, temperature and high concentrations of phosphorous, magnesium and ammonium. A theory has been made from the study that the mineral first appears in the chamber between the digesters and heat storage tank. The study further shows that the most effective methods to clean fouling of struvite is to by hand chip the mineral alternatively replace the pipes. To prevent fouling of pipes a combination of methods is recommended, which minimizes the energy usage at the plant and prevent stops in the biogas production. Chemicals should be used if crystallization is to be completely stopped. The chemicals should be added in the above- mentioned chamber. Also planned maintenance should be conducted to minimize fouling. The pipes that are to be replaced should be replaced with pipes made of plastic materials. By doing this the resource efficiency increases and unnecessary environmental impact of the plant is avoided. The study has only included a rough cost analysis. To further support the above- mentioned methods a deeper economic analysis is recommended, which should include a study of chemical dosage and inspection sites for planned maintenance.

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