3D-gedruckte Masken für Babys unterstreichen Siegeszug von Silikon im Medizin-Sektor

Der Einsatz der additiven Fertigung für die Herstellung medizinischer Geräte hat in den letzten Jahren rapide zugenommen. Erreichte der globale Markt für 3D-Druck im Gesundheitswesen im Jahr 2021 noch ein Volumen von 2,08 Milliarden US-Dollar, wird er sich bis 2026 laut Prognosen von Global Data verdoppeln und auf rund 4 Milliarden US-Dollar ansteigen. Mit diesem rasanten Wachstum steigen einerseits die Möglichkeiten der Anwendungen, aber auch die Ansprüche an die verwendeten Materialien. Aufgrund der Vielfältigkeit der Anwendungen des medizinischen 3D-Drucks in den verschiedenen Bereichen Orthopädie, Zahnmedizin, Interkorporale Chirurgie etc. kommt eine Vielzahl von Materialien zum Einsatz, die einerseits den medizinischen Anforderungen gerecht werden müssen und andererseits auch im 3D-Druck verarbeitet werden können müssen. Ein Material, das verstärkt in der Medizin eingesetzt wird, ist Silikon.

Silikon verfügt über eine Reihe an Eigenschaften, die in der Medizin geschätzt werden. Der ansteigende Silikon-Markt für additive Fertigung unterstreicht den Trend der verstärkten Nachfrage in den verschiedenen Branchen. Im Jahr 2021 lag der gesamte Marktwert bei geschätzten 1.590,3 Millionen US-Dollar und soll bis 2028 eine jährliche Wachstumsrate von 19,9% verzeichnen. Wie bereits erwähnt, ist dieser Vormarsch auch im verstärkten Einsatz in der Medizin festzumachen. Silikon ist biokompatibel, UV-beständig, thermisch stabil, es kann sterilisiert werden und ist durch den 3D-Druck leicht an verschiedene Personen anpassbar. Das Unternehmen Elkem Silicones und das Spital der Universität Barcelona (Hospital Clínic) arbeiten zum Beispiel an einem Proof-of-Concept-Projekt und setzen 3D-gedruckte, medizinische Beatmungsmasken aus Silikon für die Behandlung von Frühchen ein.

Der Silikon 3D-Druck nimmt in der Medizin eine immer bedeutendere Rolle ein. (Bild: Elkem)

Medizinische Masken aus Silikon für frühgeborene Babys

Rund 70% der Frühgeborenen benötigen Atemunterstützung. Häufig kommen dann nicht-invasive Beatmungstechniken wie ein CPAP(Continuous Positive Airway Pressure)-Gerät zum Einsatz, das über einen Schlauch Luftdruck an eine angeschlossene Maske leitet. Diese Maksen sind allerdings nicht ideal für Babys, denn ihr Gesicht ist anders geformt als das von Erwachsenen und aufgrund des schnellen Wachstums der Säuglinge bräuchten sie auch regelmäßig neue Masken. Der 3D-Druck bietet hier den Vorteil, dass die Masken zum einen individuell angepasst werden können und zum anderen auch regelmäßig neu gedruckt werden können. 3D-Druck macht es möglich, Hohlräume und unkonventionelle Geometrien zu drucken und die Entwürfe iterativ zu ändern. Ein ausschlaggebender Punkt, warum Elkem Silicones und das Hospital Clínic Barcelona auf 3D-gedruckte Silikon-Masken setzen, ist also, dass die generischen Medizinprodukte trotz ihrer Vielzahl an Herstellern, Größen und Formen nicht jedem Menschen gerecht werden können.

Ein zweiter Punkt schließt unmittelbar an den ersten an. Durch diese schlecht-sitzenden medizinischen Geräte kann es nämlich zu Verletzungen wie Druckgeschwüren, Narbenbildung und Haarausfall führen. Die Wunden können sich sogar infizieren, wenn das medizinische Gerät – in diesem Fall die Maske – nicht ordnungsgemäß gereinigt wird. Maßgefertigte medizinische Geräte wiederum sitzen bequemer. Karsten Schlichter, Global Business Development Manager bei Elkem Silicones sagt hierzu: „Es geht nicht nur um die Maske. Es geht auch um die Art und Weise, wie man dem Baby die Maske anlegt,“ und erklärt: „Die Maske muss auf dem Baby verbleiben können, ohne dass die Bänder sie herunterdrücken und Druck auf die Haut und den Kopf ausüben.“

Rund 70% der frühgeborenen Babys brauchen eine Maske. Standard-Masken sind nicht auf ihre Bedürfnisse zugeschnitten. Die medizinischen Silikon-Masken aus dem 3D-Drucker könnten Abhilfe schaffen. (Bild: Pixabay)

Silikon als ideales Material in der Medizin

Neben der Individualisierung durch 3D-Druck spielt auch das gedruckte Material eine entscheidende Rolle. Das Hauptelement bei den Baby-Masken ist das Material, nämlich hyperallergenes Silikon, in diesem Fall von der Firma Elkem Silicones. Silikon ermöglicht Komfort im Gesicht und lässt im Gegensatz zu hartem, steifem Material keine Narben auf der Haut von Babys. „Mit Silikon sind viele Formulierungen möglich“, sagt Schlichter. „Die Maske befindet sich auf dem Gesicht des Patienten, muss aber gleichzeitig an den Sauerstoff angeschlossen werden. Die Maske muss auch einige mechanische Eigenschaften aufweisen, damit der Schlauch korrekt und ohne Leckage in die Maske eingeführt werden kann.“ Die Maske kombiniert daher weiches Material für das Gesicht mit härterem, steifen Material für die Anschlüsse. Beides kann mittels 3D-Druck in einem Prozess gedruckt werden. Daneben hält Silikon eine Reihe an Eigenschaften bereit, die bei medizinischen Produkten wünschenswert sind, wie Schlichter ausführt: „Silikone sind inzwischen das vielleicht beste Material für Elastomerteile in medizinischen Anwendungen. Das liegt an den Eigenschaften des Silikons, wie Biokompatibilität und chemische Inertheit.“

Obwohl das Proof-of-Concept-Projekt zu den Silikon-Masken für Frühgeborene, das im August 2022 startete, noch nicht vollständig abgeschlossen ist, konnten bereits einige Ergebnisse erzielt werden. Bei den Tests mit Schaufensterpuppen konnte eine Verringerung der Leckagen um 14% festgestellt werden. Außerdem führe die Maske zu mehr Tragekomfort, was Narbenbildung, Geschwüren und Infektionen vorbeuge. Schlichter interpretiert diese Ergebnisse äußerst positiv und sieht der Entwicklung der additiven Fertigung und dem Stellenwert, den Silikon dabei einnehmen wird, optimistisch entgegen: „Wir sehen Silikone als ein echtes, neuartiges Material für den 3D-Druck, mit all den vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten, die Silikone bieten, von medizinischen bis hin zu industriellen Anwendungen. Für die Zukunft arbeiten wir an mehreren Technologien, die es uns ermöglichen werden, den Raum für Silikone im 3D-Druck noch weiter zu öffnen.“

Elkem setzt auf die Herstellung von Silikonen für die additive Fertigung. (Bild: Elkem)

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*Titelbildnachweis: Hospital Clínic Barcelona