Antibakterielle Kunststoffkomposite für Implantate aus Polylactid und Polyetheretherketon mit Zinkoxid: Eigenschaften, Abbau und Wirksamkeit

Das Ziel dieser Studie war, zur Infektionsvermeidung einen antibakteriellen Wirkstoff in Implantate aus Kunststoff zu integrieren und das Alterungsverhalten dieser Kunststoffkomposite in physiologischer Lösung in Abhängigkeit von Füllstoffart und -anteil sowie der Prozessparameter zu untersuchen. Der bereits beim Compoundieren in den Kunststoff eingearbeitete Wirkstoff soll im Körper über einen langen Zeitraum wirksam bleiben. Unter Variation der Prozessbedingungen in der Schmelzeverarbeitung wurden Kunststoffkomposite aus einem biodegradierbaren Polylactid (PLA) mit Tricalciumphosphat (TCP) und Zinkoxid (ZnO) als antibakteriellem Wirkstoff versetzt. In ein nichtabbaubares Polyetheretherketon (PEEK) wurden Hydroxylapatit (HAP) und Zinkoxid eingearbeitet. Die Werkstoffeigenschaften der Kunststoffkomposite wurden charakterisiert und in Hinblick auf ihr in-vitro-Verhalten untersucht. Die Untersuchungen erfolgten durch Gelpermeationschromatographie (GPC), Differenzialkalorimetrie (DSC), Zugprüfungen, Erfassung der Massenänderung während der Einlagerung und den Colony Forming Units Test (CFU). Über die untersuchte Einlagerungsdauer von 9 Monaten in phosphatgepufferter Salzlösung (PBS) bei 37 °C zeigten die Kunststoffkomposite eine antibakterielle Wirksamkeit gegenüber Escherichia coli.

The aim of this study was to integrate an antibacterial agent into implant materials to prevent infection and to investigate the aging behavior of the plastics in physiological solution as a function of filler type and proportion as well as of the process parameters. The active ingredient that is incorporated into the polymer during compounding should remain effective in the body over a long period of time. With varied melt processing conditions, composites made of a biodegradable polylactide (PLA) were mixed with tricalcium phosphate (TCP) and zinc oxide (ZnO) as an antibacterial agent. Hydroxyapatite (HAP) and zinc oxide were incorporated into a non-degradable polyetheretherketone (PEEK). The material properties of the composites were characterised and investigated with regard to their in vitro behaviour. The investigations were carried out with gel permeation chromatography (GPC), differential scanning calorimetry (DSC), tensile tests, recording of the mass change during storage and colony forming units test (CFU). Over the investigated ageing period of 9 months in phosphate buffered saline (PBS) at 37 °C the composites showed antibacterial efficacy against Escherichia coli.