Die Polymerwissenschaft begann ihre Entwicklung und entwickelte sich Mitte der 1950er Jahre zu einem eigenständigen Wissensgebiet. Polymer bedeutet im Griechischen "viele Teile". Mit anderen Worten, es ist eine Substanz, in der mehrere Verknüpfungsmonomere zu einem Makromolekül kombiniert sind. Die Natur dieses Materials kann vielfältig sein, so dass auch seine Anwendung vielfältig sein wird.
Es lassen sich zwei große Gruppen von polymeren Materialien unterscheiden: synthetische und natürliche. Synthetische Polymere werden durch chemische Reaktionen hergestellt. Es gibt zwei Hauptmechanismen für die Gewinnung von Polymeren: die Polykondensationsreaktion und die Polypropylen-Additionsreaktion. Natürliche Polymere werden unabhängig voneinander durch das Verfahren der Biosynthese in Zellen lebender Organismen und dann durch Extraktion, Fraktionierung oder andere Verfahren zur Trennung aus pflanzlichen oder tierischen Rohstoffen synthetisiert.
Der Beginn der Verwendung von Polymeren in der Medizin kann als das Ende des XVIII. Jahrhunderts angesehen werden, als Gummi erstmals in der Chirurgie als biomedizinisches Material eingesetzt wurde. Einhundert Jahre später wird Celluloid erstmals zum Verschließen von Knochendefekten bei chirurgischen Eingriffen an Schädelboxen eingesetzt. Durch die gemeinsame Arbeit von Zahnärzten, Chirurgen, Chemikern und Biologen entsteht dann eine breite Palette von polymeren Materialien auf Acrylharzbasis, die bei der Herstellung von prothetischen Produkten wie Zahnersatz, Augen- und Kiefergesicht weit verbreitet sind.
Heute gibt es in der Medizin mehr als 3000 Namen von Medizinprodukten, darunter Biopolymere. Lassen Sie uns bei den bekanntesten anhalten. So ist beispielsweise Polypropylen ein synthetisches Polymer, dem wir oft zu Hause begegnen. In der Medizin wird es häufig für die Herz-Kreislauf-Chirurgie eingesetzt, vor allem für Herzklappen, Blutgefäße sowie Nahtmaterial und Fäden. Das zweite Polymer ist Polyvinylchlorid, das in der Traumatologie, Chirurgie und Gynäkologie eingesetzt wird. Es wird bei Defekten eingesetzt, die eine hohe Verschleißfestigkeit und eine geringe Resorptionsgeschwindigkeit erfordern, d.h. die Fähigkeit, sich im Körper aufzulösen. Heutzutage zielen die Medizin und die Medizintechnik nicht nur auf den Ersatz von Knochengewebsdefekten, sondern auch auf die Wiederherstellung des Defekts und der Funktionen des Organismus ab, weshalb resorbierbare Materialien verwendet werden, d.h. Materialien, die sich allmählich in der Umwelt des Organismus auflösen und natürlichen Knochen oder anderen menschlichen Geweben das Keimen ermöglichen.
Resorbierbare Materialien werden im Tissue Engineering eingesetzt. Wir haben Metallkonstruktionen, Materialien auf der Basis von Titan und seinen Legierungen, sowie keramische Materialien - Kalziumphosphate, Zirkoniumkeramik. Alle diese Materialien haben eine Reihe von Nachteilen. Insbesondere ist es möglich, eine übermäßige Steifigkeit oder Zerbrechlichkeit zuzuordnen. Polymere Materialien besetzen natürlich eine Nische in diesem Bereich und ermöglichen es Ihnen, einige negative Aspekte der Verwendung von Metallmaterialien auszugleichen. Reine Polymere werden kaum als Ersatz für Knochendefekte eingesetzt. Aber vor einigen Jahren wurde ein Implantat aus schwammartigem Knochengewebe auf Polyethylenbasis geschaffen, das präklinische Tests bestand und sich heute nach Veröffentlichungen recht erfolgreich in klinischen Studien befindet. Dieser Ansatz ist jedoch von den Wissenschaftlern nicht sehr gefragt, da die Hauptrichtung die Rekonstruktion von natürlichem Knochengewebe ist.
Wie Sie wissen, ist Knochengewebe eine organische und anorganische Komponente. Daher sind Verbundwerkstoffe auf der Basis von Polymerkomponenten - sie können sowohl synthetisch als auch natürlich sein - und anorganischen Komponenten vielversprechend für den Ersatz von Knochengewebsdefekten. Hierfür werden am häufigsten keramische Füllstoffe verwendet - insbesondere Kalziumphosphate, Tricalciumphosphat, Hydroxylapatit, Octocalciumphosphat, da ihre Phasenzusammensetzung der anorganischen Zusammensetzung des natürlichen menschlichen Knochengewebes nahe kommt.
Verbundwerkstoffe werden nicht nur zur Herstellung von Gerüsten auf Basis von Polymer und keramischem Füllstoff eingesetzt. Eine der aktiven Anwendungen dieser Materialien sind Hydrogele. Sie können zur direkten Defektfüllung ohne chirurgischen Eingriff und Kavitätenoperationen eingesetzt werden. Das heißt, es ist ein Hydrogel, das in die Spritze gepumpt und unter Ultraschallkontrolle durch die Nadel in den Knochendefekt injiziert wird. Dementsprechend führt der Chirurg keine Bauchoperation durch. Die Arbeitsbelastung des Patienten ist viel geringer und die Genesung viel schneller. In diesem Fall härtet das Material, das in den Körper gelangt, unter dem Einfluss chemischer Reaktionen aus.
Die zweite Richtung der Hydrogele ist die Tinte für den dreidimensionalen Druck. In der heutigen Welt entwickeln sich additive Technologien wie 3D-Druck und Elektrospinnen rasant. Hydrogele sind eines der optimalsten und geeignetsten Materialien für den Druck. In der Materialwissenschaft, insbesondere in der Biomedizin, werden immer häufiger Verbundhydrogele mit zusätzlichen Füllstoffen gedruckt. Der dreidimensionale Druck ermöglicht es Ihnen, ein dreidimensionales Design zu erstellen, das vollständig mit den Defekten des Patienten übereinstimmt, d.h. durch Computertomographie personalisiert wird. Im Knochen t