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Untersuchung der vollständigen Extraktion organischer Stoffe aus tierischem Knochenmaterial mit Wasser und überkritischen Fluiden (P) Daniela Doncheva, Gerd Brunner, Institut für Thermische Verfahrenstechnik, Technische Universität Hamburg-Harburg, Eißendorfer Straße 38, 21073 Hamburg daniela.doncheva@tu-harburg.de, Tel.: 040-42878-2988 Ziel Die Arbeit beschäftigt sich mit den Grundlagen zur Entfernung organischer Stoffe aus tierischem Knochenmaterial mit überkritischen Fluiden. Im Mittelpunkt der Untersuchung steht die Gewinnung von protein- und fettfreier mineralischer Knochensubstanz zur Verwendung als Knochenersatzmaterial für Implantationszwecke. Durch die vollständige Abtrennung der organischen Matrix aus dem Knochen soll die Anwendungssicherheit des natürlichen Knochenmaterials im menschlichen Körper gewährleistet werden. Weiterhin soll im Rahmen dieser Arbeit überprüft werden, ob die einstufige Reinigung mit Wasser unter höheren Drucken und Temperaturen als rückstandsfreie und die Struktur nicht verändernde Alternative zu den chemischen und thermischen Behandlungsverfahren von xenogenen Knochenersatzmaterialien eingesetzt werden kann. Methoden Untersucht werden sowohl mit chemischen Lösungsmitteln oder überkritischem Kohlendioxid vorbehandelte Knochenproben als auch nicht vorbehandeltes Knochenmaterial. Diese Proben lassen sich entsprechend der Vorbehandlung nach ihrem unterschiedlichen Protein-und Fettgehalt charakterisieren. Die Entproteinierung des xenogenetischen Knochenmaterials mit heißem Wasser unter erhöhtem Druck wurde im Temperaturbereich von 130°C bis 300°C unter Variierung der Behandlungsdauer von wenigen Minuten bis Stunden bei diskontinuierlicher und halbkontinuierlicher Versuchsführung untersucht. Die Entfettung der Knochenproben wurde bei der einstufigen Extraktion mit Kohlendioxid im Temperaturbereich von 50°C bis 60°C bei Drücken von 300 bis 400 bar und Extraktionszeiten bis 240 Minuten durchgeführt. Ergebnisse Im Hinblick auf die Entfettung lässt sich eine deutliche Abnahme der Fettkonzentration durch die Behandlung mit überkritischem Kohlendioxid beobachten, wobei die Behandlung bei 60°C, 400 bar und 240 min zu einem Entfettungsgrad von über 90% führt. Von der experimentellen Untersuchung der Entproteinierung mit Wasser unter erhöhten Drücken und Temperaturen lässt sich eine starke Abhängigkeit des Proteinumsatzes von der Temperatur und der Behandlungsdauer ableiten. Die Erhöhung der Temperatur und die Verlängerung der Behandlungsdauer führen zur raschen Zunahme des Proteinabbaugrades. Darüber hinaus wurde im Temperaturbereich von 250°C bis 300°C nach 60 min Behandlungsdauer eine vollständige Entproteinierung sowohl der vorbehandelten als auch der nicht vorbehandelten Knochenproben erreicht. Schlussfolgerung Aus den gewonnenen experimentellen Ergebnissen lässt sich ableiten, dass die betrachteten überkritischen Fluide eine vielversprechende Alternative zu chemischen Methoden zur Entfernung organischer Substanzen aus tierischem Knochenmaterial darstellen. Es wurde experimentell nachgewiesen, dass die Behandlung mit nahekritischem Wasser zu einer vollständigen Extraktion der organischen Knochenmatrix führt. Dies ist eine wesentliche Voraussetzung zum Einsatz des tierischen Knochens als Knochenersatzstoff in der Humanmedizin. Weiterhin sollen in vitro Versuche zur Zellbesiedlung des behandelten Materials durchgeführt werden, um die Eignung zu Implantationszwecken zu bestätigen. 14
<strong>Lebenslauf</strong> Name: Daniela Doncheva Adresse: Institut für Thermische Verfahrenstechnik Technische Universität Hamburg-Harburg Eißendorfer Straße 38 21073 Hamburg E-Mail: daniela.doncheva@tu-harburg.de Ausbildung: 11/2003 -11/2004 Master- Studium im deutschen Studiengang Verfahrenstechnik an der Universität für chemische Technologie und Metallurgie Sofia, Bulgarien Anfertigung und Präsentation der Masterarbeit am Institut für Thermische Verfahrenstechnik an der Technischen Universität Hamburg - Harburg (03/2004-09-2004) 09/1999 - 09/2003 Bachelor- Studium im deutschen Studiengang Verfahrenstechnik an der Universität für chemische Technologie und Metallurgie Sofia, Bulgarien Praktikum am Institut für Thermodynamik an der Universität Hannover (07/2002-08/2002) Anfertigung und Präsentation der Bachelorarbeit am Institut für Thermodynamik an der Universität Hannover (06/2003- 08/2003) 06/1998 Abitur am Fremdsprachengymnasium in Kardzhali, Bulgarien Berufliche Tätigkeiten: Seit 06/2005 Wissenschaftliche Mitarbeiterin am Institut für Thermische Verfahrenstechnik an der Technischen Universität Hamburg Harburg unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Gerd Brunner Nebentätigkeiten: Projekt: “Untersuchung der vollständigen Extraktion organischer Stoffe aus Knochenmaterial mit Wasser und überkritischen Fluiden“ Seit 06/2005 Betreuung des Praktikumsversuchs „Diskontinuierliche Rektifikation“ Seit 03/2006 Betreuung des Projektierungskurses „Plant for biological treatment of industrial waste water“ 15
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