Gegenstand der vorliegenden Arbeit war die Modifikation von Hydroxylapatit- und Bruschit-Zementen mit 1 % Silber. Ziel war es, den Zementen eine antibakterielle Wirksamkeit bei gleichzeitiger Biokompatibilität ohne Beeinträchtigung ihrer mechanischen Eigenschaften zu verleihen. Durch Mischung von silberdotiertem β-TCP mit Calcium-bis-dihydrogenphosphat Monohydrat (MCPM) bzw. von silberdotiertem α-TCP mit einer 2,5%-Na2HPO4-Lösung entstanden Zementformulierungen, deren Silberfreisetzung, Druckfestigkeit, Abbindezeit sowie Phasenzusammensetzung bestimmt wurde. Desweiteren wurden in vitro-Untersuchungen zur Evaluation der Zytotoxizität mittels Osteoblasten sowie der antibakteriellen Eigenschaften mittels Staph. aureus und Staph. epidermidis durchgeführt. Bei der massenspektrometrischen Analyse der Auslagerungsmedien legte Ag-Bruschit im LB-Medium mit kumulativ 184,5 µg nach 7 Tagen das höchste Freisetzungsverhalten im Vergleich zu Ag-Hydroxylapatit mit 36,8 µg an den Tag; außerdem konnte gezeigt werden, dass sich das molare Verhältnis von Ag+/Ca2+ von theoretisch 1 % bereits bei der Herstellung von Ag+-dotiertem α- bzw. β-TCP auf je 0,78 % reduziert hatte. Die Untersuchung der Phasenzusammensetzung der Zemente wies auf die für die Zemente charakteristischen Beugungsmuster hin. Peaks, die auf Silber hinweisen würden, konnten nicht nachgewiesen werden. Betrachtet man die Druckfestigkeit, konnte der silberdotierte Bruschit-Zement eine leichte Steigerung um 5,1 MPa auf 19,8 MPa erfahren, während der Ag-Hydroxylapatit-Zement nahezu eine Halbierung seiner Festigkeit um 18,5 MPa auf 22,7 MPa erfahren musste. Bei der Auswertung der Versuchsergebnisse wies Ag-Bruschit einen signifikanten bakteriziden Effekt auf, führte aber auch zu einer Reduktion der Osteoblasten auf dieser Oberfläche. Ag-Hydroxylapatit zeigte hingegen nur eine geringe Wirkung gegen die Bakterien, während die Verbindung in dieser in vitro-Studie eher biokompatibel auf die Zellen wirkte. Die in dieser Arbeit modifizierten Zemente sind aufgrund ihrer nicht einheitlichen Ergebnisse hinsichtlich der antibakteriellen Wirksamkeit sowie der wünschenswerten Biokompatibilität für den Einsatz als Knochenersatzmaterial noch nicht geeignet. Die von Ag-Bruschit freigesetzte bakterizide Silbermenge ist für eukaryotische Zellen zu hoch, sodass in weiterführenden Studien diese Freisetzung begrenzt werden müsste. / The present work was the modification of hydroxyapatite and brushite cements with 1% silver. The aim was to give the cement an anti-bacterial activity simultaneously with a biocompatibility without compromising their mechanical properties. Cement formulations, of which the release of silver ions, compressive strength, setting time and phase composition were determined, emerged by mixing silver-doped β-TCP with calcium bis-dihydrogen phosphate monohydrate (MCPM) or by silver-doped α-TCP with a 2.5% Na2HPO4 solution. Furthermore, in vitro- studies were performed to evaluate the cytotoxicity by osteoblasts, and the antibacterial properties using Staph. aureus and Staph. epidermidis. In the mass spectrometric analysis of the outsourcing media, Ag brushite in LB-medium with cumulative 184.5 µg after 7 days, demonstrated the highest release behavior as compared to Ag-hydroxyapatite with 36.8 µg; it also could be shown that the molar ratio of Ag+/ Ca2+ of theoretically 1% had already reduced to 0.78% in the production of Ag+-doped α- and β-TCP. The investigation of the phase composition of the cements showed the characteristic diffraction pattern for these cements. Peaks, which would indicate silver, could not be detected. Considering the compressive strength, the silver-doped brushite cement had shown a slight increase of 5.1 MPa to 19.8 MPa, while the Ag-hydroxyapatite cement had experienced a near halving of its strength of 18.5 MPa to 22.7 MPa. When evaluating the test results, Ag-brushite presented a significant bactericidal effect, but also led to a reduction of osteoblasts on the surface. Ag-hydroxyapatite offered a little effect against the bacteria, while the compound in this in vitro- study had more biocompatible to the cells. The modified cements in this study are, due to their non-uniform results in terms of antibacterial efficacy as well as the desirable biocompatibility, not suitable for the use as a bone substitute material. The release of Ag-brushite bactericidal amount of silver for eukaryotic cells is too high, so this release should be limited in further studies.

Seidenfibroin findet hauptsächlich als Zellträgermatrix im Bereich Tissue engineering Anwendung. In Kombination mit verschiedenen Calciumphosphatphasen kann es als Material zur Knochenregeneration verwendet werden. In dieser Arbeit stelle ich mineralisierte Seidenfibroin-Scaffolds mit kontrollierter Makroporosität vor. Im Vergleich zu anderen Studien lag das Ziel auf der simultanen Gelierung und Mineralisation von Seidenfibroin-Scaffolds durch Einlegen von gefrorenen Seidenfibroin Monolithen in angesäuerte Calciumphophosphat Lösung, was zu einer Präzipitation von Monocalciumphosphat in der Seidenfibroinmatrix führt. Im zweiten Teil wurde eine Umsetzung von eingearbeiteten ß-Tricalciumphosphat-Partikeln erreicht. Des weiteren führte ein kontrollierter Cryostrukturierungsprozess von Seidenfibroin-Scaffolds zu parallel ausgerichteten Poren mit Durchmesser zwischen 30 und 50 µm. / Silk fibroin is commonly used as scaffold material for tissue engineering applications. In combination with mineralization with different calcium phosphate phases, it can also be applied as material for bone regeneration. Here, we present a study which was performed to produce mineralized silk fibroin scaffolds with controlled macroporosity. In contrast to former studies, our Approach focused on a simultaneous gelation and mineralization of silk fibroin by Immersion of frozen silk fibroin Monoliths in acidic calcium Phosphate Solutions. This was achieved by thawing frozen silk fibroin Monoliths in acidic calcium Phosphate solution, leading to the precipitation of monocalcium phosphate within the silk fibroin matrix. In the second approach, a conversion of incorporated ß-tricalcium Phosphate particles into brushite was successfully achieved. Furthermore, a controlled cryostructuring process of silk fibroin scaffolds was carried out of leading to the Formation of parallel oriented pores with Diameters of 30-50 µm.

Die Entstehung zeitlich veränderlicher kolloidaler Strukturen in wäßrigen Calciumphosphat-Dispersionen wurde abgebildet und einer Strukturanalyse unterzogen. Diese wurde durchgeführt unter Einsatz verschiedener bildgebenderund Streumethoden, deren Ergebnisse verglichen wurden. Ziel der Arbeit war es, aus biomineralisierenden Systemen bekannte Prozesse zu vereinfachen und im Experiment nachzustellen. Die gefundenen komplexen hierarchischen Strukturendes Calciumphosphates sind stark von Eigenschaften des Polymerzusatzes abhängig. / The formation of colloidal structures in a time-dependent fashion was followed and analysed for calcium phosphate systems in a watery evironment. A detailed structure analysis was achieved by applying avariety of scattering and imaging methods and comparing the obtained information. The aim of this work was to shed light on processes observed in biomineralizing living systems by simplifying andmimiking those systems in the experiment. A complex hierarchical structuring of calciumphosphate strongly influenced by the added polymer was found.