Isotopenhydrogeologische Untersuchungen im südlichen Salzburger Becken (Golling, Kuchl, Vigaun, Hallein), Österreich

ZusammenfassungTrotz seiner Bedeutung in der Trinkwasserversorgung ist die Herkunft des Grundwassers des Gamper Brunnenfelds (GBF) im Südlichen Salzburger Becken (SSB) ungeklärt. Eine 2014 bis 2016 durchgeführte Studie unter Verwendung von stabilen Isotopen und einer numerischen 2D-Modellierung führte zu wichtigen Erkenntnissen, aber auch zu widersprüchlichen Schlussfolgerungen: Die dabei numerisch nachgewiesene Anspeisung des GBF durch die nahe Salzach ist aus Sicht der stabilen Isotope nicht möglich.Im Zeitraum 2017 bis 2019 wurden in einer weiteren Studie an 17 Messstellen Proben zur Analytik stabiler Isotope entnommen und anstatt einer numerischen Modellierung eine umfassende Betrachtung der Aquifergenese auf Basis der aktuellen Literatur und moderner Ansätze geomorphologischer Entwicklung alpiner Täler durchgeführt. In die Betrachtungen wurden hydraulische, hydrochemische und physikalische Eigenschaften des Grundwassers einbezogen.Als Ergebnis liegt ein Konzeptmodell vor, das für alle Eigenschaften der betroffenen Grundwasservorkommen eine schlüssige Erklärung darstellt. Von Bedeutung ist dabei, dass die instationäre Versickerung der Taugl zu einer partiellen Fraktionierung stabiler Isotope führt.

Entwicklung und Realisierung neuer Designs zur Nutzung als Knochenersatzmaterial mittels Fused-Deposition-Modelling-3D- Druck

Die Therapie langstreckiger Knochendefekte stellt auch weiterhin eine große Herausforderung dar. Dies beruht unter anderem darauf, dass der therapeutische Goldstandard - die Verwendung von autogener Knochensubstanz aus dem Beckenkamm - neben der begrenzten Verfügbarkeit vor allem Komplikationen im Bereich der Entnahmestelle mit sich bringen kann. Es wurde bisher aber noch kein durchschlagendes Ergebnis in der Entwicklung neuer Scaffolds zum Einsatz bei langstreckigen Knochendefekten erreicht. Dies kann eine Vielzahl an Ursachen haben, die sich von der verwendeten Ausgangssubstanz, bis hin zum verwendeten Design erstrecken können. Neben dem Ausgangsmaterial spielen vor allem die Formgebung und physikalische Eigenschaften, wie Porosität und Mikroarchitektur, eine wichtige Rolle. Ein aktueller Ansatz zur Nutzung als alternatives Knochenersatzmaterial ist das Knochen-Tissue-Engineering. Hierbei werden körpereigene, knochen-regenerative Zellen mit einem dreidimensionalen Gerüststoff (Knochenersatzmaterial oder -scaffold) kombiniert und in den Knochendefekt implantiert. In dieser Arbeit wurde der Fokus auf die Designentwicklung eines neuen Kochenersatz-Scaffolds gelegt. Nach Vorbild schon vorgestellter Knochenersatzdesigns und unter Berücksichtigung einer Grundstruktur, die auch Phasen der Knochenheilung wie die Frakturhämatomausbreitung und initiale Nährstoffversorgung einbeziehen sollte, wurden mehrere Designs (Raster, Tempel, Zwiebel) entwickelt. Mithilfe des additiv extrusionsbasierten Schmelzschichtverfahrens (Fused Filament Fabrication) wurden die in Computer-Aided Design entworfenen Scaffolds realisiert. Dieser Ansatz beinhaltet, unter Verwendung des resorbierbaren und biokompatiblen Trägerpolymers Polylaktat, mehrstufige Designs, die kleine biologisch funktionelle Einheiten in eine tragende, kompressionsfeste Rahmenstruktur einbetten. Hierdurch entsteht einerseits die nötige mechanische Belastbarkeit und andererseits eine offene Architektur mit Poren, die Diffusion von Sauerstoff und Nährstoffen in die inneren Bereiche des Implantats ermöglicht. Es wurden verschiedene Designs entwickelt, gedruckt und mechanisch sowie in vitro in den Kernbereichen Zelladhäsion, Zellaktivität und osteogene Differenzierung nach Besiedelung mit Saos-2-Zellen charakterisiert. Ein weiterer Entwicklungsschritt stellte das Einführen eines neuartigen, innerhalb der Designs kompatiblen Baukastensystems dar. Hierdurch wird nicht nur die Anpassbarkeit an den Knochendefekt verbessert, es sind auch weitere Funktionen ergänzbar und die unterschiedlichen Designs untereinander kombinierbar. Die Ergebnisse dieser Dissertationsarbeit dienen als Basis für einen völlig neuen Ansatz von Knochenersatzmaterialien mit positiven biologischen sowie biophysikalischen Eigenschaften.