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A special generative manufacturing (AM) process was developed for the partial integration of active ingredients into open-porous matrix structures. A mixture of a silver-containing solution as an antibacterial material with an alginate hydrogel as a carrier system was produced as the active ingredient. The AM process developed was used to introduce the active ingredient solution into an open-porous niobium containing a β-titanium matrix structure, thus creating a reproducible active ingredient delivery system. The matrix structure had already been produced in a separate AM process by means of selective laser melting (SLM). The main advantage of this process is the ability to control porosity with high precision. To determine optimal surface conditions for the integration of active ingredients into the matrix structure, different surface conditions of the titanium substrate were tested for their impact on wetting behaviour of a silver-containing hydrogel solution. The solution-substrate contact angle was measured and evaluated to determine the most favourable surface condition. To develop the generative manufacturing process, an FDM printer underwent modifications that permitted partial application of the drug solution to the structure in accordance with the bioprinting principle. The modified process enabled flexible control and programming of both the position and volume of the applied drug. Furthermore, the process was able to fill up to 95% of the titanium matrix body pore volume used. The customised application of drug carriers onto implants as a drug delivery system can be achieved via the developed process, providing an alternative to established methods like dip coating that lack this capability.
Titanimplantate werden aufgrund ihrer hervorragenden Biokompatibilität und mechanischen Eigenschaften häufig in der Zahnmedizin und der Orthopädie eingesetzt. Die natürliche Oxidschicht, die sich auf der Oberfläche dieser Implantate bildet, spielt eine entscheidende Rolle für ihre biologische Leistungsfähigkeit. Studien haben gezeigt, dass Anodisierung und Nanostrukturierung die Bioaktivität von Titanoberflächen verbessern können [1]. Die keramische Rutilstruktur (TiO2) hat jedoch aufgrund ihrer ionischen und kovalenten Bindungen einen keramischen Charakter (Ionizität QTiO=59,4 %) und ist daher sehr spröde. Additiv hergestellte Gitterstrukturen weisen eine deutlich größere Oberfläche auf, wodurch der Anteil an keramischen Rutilverbindungen steigt. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, diese Verbindungen im Nanometerbereich an der Oberfläche von additiv hergestellten Strukturen aus einer Ti-6Al-4V-Legierung mittels Flugzeit-Sekundärionen-Massenspektrometrie (ToF-SIMS) nachzuweisen.