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Behandlung von Kollagen und dessen Derivaten in Kunststoffverarbeitungsmaschinen Dr. Michael Meyer Second Life - Verwertungswege für biogene Stoffströme 15. November 2017, Bingen

Behandlung von Kollagen und dessen Derivaten in ... · Second Life - Verwertungswege für biogene Stoffströme 15. November 2017, Bingen . FILK im Überblick Unabhängig und außeruniversitär

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  • Behandlung von Kollagen und dessen Derivaten in Kunststoffverarbeitungsmaschinen

    Dr. Michael Meyer

    Second Life - Verwertungswege für biogene Stoffströme 15. November 2017, Bingen

  • FILK im Überblick

    Unabhängig und außeruniversitär

    gemeinnützig

    Angewandte, industrienahe F & E

    An-Institut der TU Bergakademie Freiberg

    Ca. 125 Mitarbeiter

    Über 70 laufende Projekte

    3 Fachbereiche:

    Kunststoffbeschichtungen

    Leder / Kollagen / Biopolymere

    Materialcharakterisierung

  • Kollagenanwendungen historisch

    Universalwerkstoff - heute meist durch Kunststoffe ersetzt

  • Moderne Verwendung von Kollagen

    5

    20100

    6

    1.000

    100.000

    100

    20

    3

    €/kg collagen

  • Technologies of Collagen Processing

    Fibrillar

    Materials

    Thermoplastic

    Collagen

    Denaturat.

    Extrusion

    Grinding

    Purification

    LeatherSoluble

    Collagen

    Extraction

    T < TD T > TD

    Unhairing

    Drying

    Wet end

    Tanning

    Bating

    Purification

    Precipitate

    Extraction

    Purification

    X-linking

    Purification

    Casting

    Homogen

    Mincing

    Hide (bovine, porcine, equine, fish)

    Gelatine

    Drying

    Concentrat.

    Refibrillation

    pH-Adjust

    Casting

    Fibrillar

    Materials

    Liming

    Purification

    Evaporation

    Washing

    Gelling

    Drying

    Drying

    Drying

    Drying

  • Eigenschaft / Material vern

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    Gel

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    e

    löslich

    nativ (Tripelhelix i.O.)

    biologisch abbaubar

    fibrillär

    biokompatibel

    implantierbar ?

    thermoplastisch

    hydroplastisch

    Kollagenmaterialien - Eigenschaften

  • http://www.maschinenbau-wissen.de/skript3/werkstofftechnik/kunststoffe/387-kunststoffverarbeitung

  • Kunststoffmaschinen / Verarbeitungstechnologien

    Extrusion / Spritzguss

    Formenguss

    Additive Manufacturing(3D Plotten; Printing)

    Meyer, M., Mühlbach, R. & Harzer, D. Solubilisation of cattle hide collagen by thermo-mechanical treatment. Polymer Degradation and Stability 87, 137–142 (2005)Meyer, M., Baltzer, H., & Schwikal, K. Collagen fibres by thermoplastic and wet spinning. Materials Science and Engineering: C 30, 1266–1271 (2010)Klüver, E. & Meyer, M. Thermoplastic processing, rheology, and extrudate properties of wheat, soy, and pea proteins. Polymer Engineering & Science (2014)Klüver, E. & Meyer, M. Preparation, processing, and rheology of thermoplastic collagen. Journal of Applied Polymer Science 128, 4201–4211 (2013).Meyer, M. & Schröpfer, M. Collagen Materials–Collagen Processing. Technical Freedom and Scientific Challenges when Transforming Collagen into Final Materials. (2013). Heidemann LectureGillen, S. et al. Educational and training aspects of new surgical techniques: experience with the endoscopic–laparoscopic interdisciplinary training entity (ELITE) model in training for a natural

    orifice translumenal endoscopic surgery (NOTES) approach to appendectomy. Surgical Endoscopy 26, 2376–2382 (2012).Prade, I., et al., 3D printing of human sized tissue structures using decellularized ECM fibres. Vortrag DGBM Tagung 2017

  • Technologies of Collagen Processing

    Fibrillar

    Materials

    Thermoplastic

    Collagen

    Denaturat.

    Extrusion

    Grinding

    Purification

    LeatherSoluble

    Collagen

    Extraction

    T < TD T > TD

    Unhairing

    Drying

    Wet end

    Tanning

    Bating

    Purification

    Precipitate

    Extraction

    Purification

    X-linking

    Purification

    Casting

    Homogen

    Mincing

    Hide (bovine, porcine, equine, fish)

    Gelatine

    Drying

    Concentrat.

    Refibrillation

    pH-Adjust

    Casting

    Fibrillar

    Materials

    Liming

    Purification

    Evaporation

    Washing

    Gelling

    Drying

    Drying

    Drying

    Drying

  • Spritzguss: Thermoplastisches Kollagen - 3D Formkörper

  • Extrusion / Kalandrieren: Thermoplastisches Kollagen - Fadenmaterialien

    Abbildung, Dr. Bräuer, TITK Rudolstadt

    Abbildung, Dr. Bräuer,

    TITK Rudolstadt

  • Folienblasen: Thermoplastisches Kollagen - Folien

  • Folienblasen / Kaschieren: Thermoplastisches Kollagen -Kompositmaterialien

  • Technologies of Collagen Processing

    Fibrillar

    Materials

    Thermoplastic

    Collagen

    Denaturat.

    Extrusion

    Grinding

    Purification

    LeatherSoluble

    Collagen

    Extraction

    T < TD T > TD

    Unhairing

    Drying

    Wet end

    Tanning

    Bating

    Purification

    Precipitate

    Extraction

    Purification

    X-linking

    Purification

    Casting

    Homogen

    Mincing

    Hide (bovine, porcine, equine, fish)

    Gelatine

    Drying

    Concentrat.

    Refibrillation

    pH-Adjust

    Casting

    Fibrillar

    Materials

    Liming

    Purification

    Evaporation

    Washing

    Gelling

    Drying

    Drying

    Drying

    Drying

  • Formguss – thermoplastisches Kollagen / Gelatine / Fibrilläres Material : Modellorgane

    - Gallenblasenentnahme- Blinddarmentnahme- Darm- Gastroskopie

  • Der Benefit:diagnostisch und chirurgisch real

  • Technologies of Collagen Processing

    Fibrillar

    Materials

    Thermoplastic

    Collagen

    Denaturat.

    Extrusion

    Grinding

    Purification

    LeatherSoluble

    Collagen

    Extraction

    T < TD T > TD

    Unhairing

    Drying

    Wet end

    Tanning

    Bating

    Purification

    Precipitate

    Extraction

    Purification

    X-linking

    Purification

    Casting

    Homogen

    Mincing

    Hide (bovine, porcine, equine, fish)

    Gelatine

    Drying

    Concentrat.

    Refibrillation

    pH-Adjust

    Casting

    Fibrillar

    Materials

    Liming

    Purification

    Evaporation

    Washing

    Gelling

    Drying

    Drying

    Drying

    Drying

  • Manufacturing of collagen based prosthesisby direct 3D plotting and printing

    Inkjet printingExtrusion/Bioplotting

    Technology

  • Porcine skin Chemical Treatment

    Mincing / additives

    3D plotting

    7 min later

    Decellularized skin

    The process

  • Seeded ears in cell culturesolution

    Seeding with cells

    Open challenge: Vascularisation

    Requirement: nosettling of cells; high survival rate

  • Extrusion Dehydration Drying

    100 % ethanol

    First results: Manufacturing of preformed vessels as collagen hollow fibres

  • Zusammenfassung / Bewertung

    Materialeigenschaften- Kollagen ist ein universell zu verarbeitender Rohstoff.- Aber: Sonderstellung unter Proteinen: Thermoplastisch verarbeitbar (Ggs zu Soja, Gluten etc.)- Kollagen ist hydrophil- Kollagen ist zytokompatibel und nicht immunogen

    Wettbewerb bzgl technischer Eigenschaften (Synthetische / natürliche Polymere)

    Markt- Kollagen wird bereits umfassend als Rohstoff genutzt!- Kollagenmarkt ist (meist) ein Verkäufermarkt.- Kollagenmarkt korreliert direkt mit der Fleischerzeugung.

    Preiswettbewerb (Synthetische / natürliche Polymere)

    Medizinprodukte

  • Division Leather and Applied Collagen Research at FILK

    Specialists:Chemists, physicists, biologists, engineers, technicians for leather, chemistry and biology

    Pilot Plants: Labs:Tannery Wet chemistryClean room Biochemistry

    Molecular BiologyMicrobiologyCell biology

    Results stem from projects that havebeen funded by BMBF and BMWi

    FILK: aerial view