Dr. rer. nat. Katrin Hurle

Geozentrum Nordbayern
Lehrstuhl für Mineralogie (Prof. Dr. Göbbels)

Raum HG 1.205
Schloßgarten 5 a
91054 Erlangen

Telefon: +49 9131 85-23984
Faxnummer: +49 9131 85-23734
E-Mail: katrin.hurle@fau.de
Webseite: https://www.gzn.nat.fau.de/mineralogie/team/hurle/

Forschungsschwerpunkte

Quantitative Röntgenbeugungsanalyse (QXRD) mittels Rietveld-Verfeinerung kombiniert mit der G-Faktor-Methode, einschließlich Modellen zur Verfeinerung von anisotropen Kristallitgrößen
Untersuchung von Hydratationsreaktionen mittels in-situ QXRD, Wärmeflusskalorimetrie und ¹H-NMR
Hydratationskinetik von teilamorphisierten Calcium- und Magnesiumphosphatzementen
Einfluss von Dotierungselementen und organischen Zusatzstoffen (z.B. Phytinsäure, Polymere) auf das Hydratationsverhalten von Calciumphosphat- und Calciumcarbonatzementen
Untersuchung von präfabrizierten Zementpasten
QXRD-Charakterisierung von Lithiumsilikat-Glaskeramiken für die Anwendung als Zahnersatzmaterial

2022

3D-Druck von Li-Brushit/Seidenfibroin-Nanokompositen zur Knochenregeneration

(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

Laufzeit: 1. April 2022 - 31. März 2024
Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)

Abstract

Knochendefekte resultierend aus Traumata, Tumorentfernungen oder Knocheninfektionen stellen eine große gesellschaftliche Herausforderung dar, verstärkt durch den steigenden Anteil älterer Patient/innen aufgrund der stetig zunehmenden Lebenserwartung. Die möglichst effektive Behandlung derartiger Knochendefekte zur Verbesserung der Lebensqualität der Betroffenen ist daher von hoher Relevanz. Trotz der beeindruckenden Fortschritte in der Entwicklung synthetischer Materialien zur Knochenregeneration bleiben einige klinische Probleme nach wie vor ungelöst. Ziel des beantragten Forschungsprojekts ist daher die Entwicklung von 3D-gedruckten Nanokompositen bestehendaus Brushitzement und Seidenfibroin (SF), welche hohes Potential zur Erfüllung der strukturellen und biologischen Anforderungen des menschlichen Knochens und damit zur Knochenregeneration aufweisen.

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Wechselwirkungsmechanismen von medizinischen Wirkstoffen mit Calciumphosphatzementen für die Anwendung als pharmakologisch aktiver Knochenersatzstoff

(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

Laufzeit: seit 1. Juli 2022
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)

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2021

Dentale Glaskeramiken im System SiO2 - Li2O - ZrO2 mit verbesserter Lebensdauer: Mechanismen der Kristallisation und Widerstand gegenüber langsamen Risswachstum

(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

Titel des Gesamtprojektes: Dentale Glaskeramiken im System SiO2 - Li2O - ZrO2
Laufzeit: seit 1. Oktober 2021
Mittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Abstract

Materialklassen, die den natürlichen Zähnen ähneln, wie polykristalline Keramiken, Glaskeramiken und Keramik-Methacrylat-Komposite werden seit einiger Zeit für den Zahnersatz bevorzugt. Das erste kommerzielle Produkt basierte auf einem nicht-stöchiometrischen Mehrkomponentensystem SiO2-Li2O-Al2O3-K2O-P2O5-ZrO2-ZnO, das vorkristallisiert und anschließend aufgeschmolzen und in eine Form aus feuerfestem Material gespritzt wurden. Die resultierende Glaskeramik erreichte einen Kristallisationsgrad von ~70 Vol.-% mit länglichen Li2Si2O5-Kristalliten und weist sehr gute mechanische Eigenschaften auf.

Der Forschungsansatz ermöglicht es, Beziehungen zwischen den mechanischen Eigenschaften, der Zusammensetzung und der Mikrostruktur, entweder in der Glaskeramik oder im Restglas zu ermitteln. Dazu wird der Einflusss des SiO2/Li2O-Molverhältnisses auf das Kristallisationsverhalten von Li2SiO3- und Li2Si2O5-Phasen analysiert und der Effekt der ZrO2-Zugabe bei konstantem SiO2/Li2O-Verhältnissen auf Kristallisationskinetik und Netzwerkstruktur des Restglases untersucht.

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2019

Crystallographic analysis of Cu2+ doped β-tricalcium phosphate by Rietveld refinement and influence on the hydration kinetics

(Projekt aus Eigenmitteln)

Laufzeit: 1. Januar 2019 - 31. Dezember 2021

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2018

Enzymatisch aktiviertes Abbinden dotierter Calciumphosphatzemente

(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

Laufzeit: 1. Januar 2018 - 31. Dezember 2019
Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)

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2017

Mechanistische Analyse von Mineralisationsvorgängen in modifizierten anorganischen Knochenzementen mit enzymatischer Kontrolle der Abbindereaktion

(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

Laufzeit: 1. März 2017 - 31. Mai 2020
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)

Abstract

Bei der medizinischen Anwendung von Calciumphosphatzementen(CPCs) werden zunehmend minimal-invasive Eingriffe angestrebt, beidenen der Zement direkt in den Defekt injiziert wird. Problematisch istdabei oftmals die Phasenseparation von fester und flüssigerZementphase (filter-pressing). Das beantragte Forschungsprojektbefasst sich daher im ersten Teil mit der Modifizierung der Rheologieund damit der Injizierbarkeit von CPCs durch oberflächenladungstransferierende Additive. Ein bruschit- sowie ein apatitbildender CPCwerden jeweils zur Einstellung einer geeigneten Rheologie mitPhytinsäure (IP6) bzw. Na-Phytat modifiziert. Die Chelatreaktion desIP6 mit Ca2+-Ionen aus der Zementlösung lässt zudem eineVerbesserung der mechanischen Eigenschaften der Zementeerwarten. Die Aushärtereaktion der Zemente wird mechanistischmittels Wärmeflusskalorimetrie, zeitaufgelöster XRD, in-situ 1H-NMR,FTIR bzw. RAMAN-Spektroskopie sowie zeitaufgelöstenFestigkeitsprüfungen untersucht, um ein detailliertes Verständnis desAushärtemechanismus mit IP6 als Additiv zu erzielen. In einemzweiten Projektansatz werden wasserbasierte, präfabrizierteZementpasten realisiert, deren Abbindereaktion durch das EnzymPyrophosphatase initiiert wird. Diese sind aufgrund ihrer einfachenklinischen Anwendbarkeit von hoher praktischer Relevanz. AlsModellsystem wird zunächst eine Suspension von alphaTricalciumphosphat in Wasser mit Pyrophosphationen als Inhibitor derHydratation untersucht. Die Hydratation wird dann durch Zugabe vonPyrophosphatase kontrolliert eingeleitet, wobei die inhibierenden Pyrophosphat- zu abbindebeschleunigenden Orthophosphationengespalteten werden. Auf Grundlage der daraus erzielten Ergebnissewird anschließend ein Struvit-bildender Magnesiumphosphat-Zementmit Zusatz von Seidenfibroin zur Zementflüssigkeit untersucht. DasSeidenfibroin sorgt durch seine Gelierung für außergewöhnlicheMaterialeigenschaften, die Injektion solcher Zementformulierungenwird jedoch durch die sehr schnelle Gelierung des Fibroins verhindert.Im vorliegenden Projekt wird daher als alternative Formulierung einewässrige Suspension von Mg3(PO4)2 mit gelöstemAmmoniumpyrophosphat und Seidenfibroin untersucht. Durch Zugabevon Pyrophosphatase soll ebenfalls Orthophosphat produziertwerden, welches die Bildung von Struvit sowie die Gelierung desSeidenfibroins kontrolliert einleiten soll. Abschließend ist diebiologische Charakterisierung der in dieser Studie entwickeltenZementkomposite durch in vitro Versuche mit osteoblastären undosteoklastären Zelllinien vorgesehen, um die Zytokompatibilität derKomposite und deren grundsätzliche Eignung für die medizinischeAnwendung sicherzustellen. Die im Projekt gewonnenen Erkenntnissesollen das Verständnis der Abbindereaktion von mineralischenKnochenzementen derart erweitern, dass zukünftig Eigenschaften wiedie Rheologie der Pasten sowie ein durch den Anwender stimuliertesAbbindeverhalten gezielter einstellbar sind.

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Publikationen

2022

Friedrich B., Lyer S., Janko C., Unterweger H., Brox R., Cunningham S., Dutz S., Taccardi N., Bikker FJ., Hurle K., Sebald H., Lenz M., Spiecker E., Fester L., Hackstein H., Strauss R., Boccaccini AR., Bogdan C., Alexiou C., Tietze R.:
Scavenging of bacteria or bacterial products by magnetic particles functionalized with a broad-spectrum pathogen recognition receptor motif offers diagnostic and therapeutic applications
In: Acta Biomaterialia 141 (2022), S. 418-428
ISSN: 1742-7061
DOI: 10.1016/j.actbio.2022.01.001
Hurle K., Lubauer J., Belli R., Lohbauer U.:
On the assignment of quartz-like LiAlSi2O6 - SiO2 solid solutions in dental lithium silicate glass-ceramics: Virgilite, high quartz, low quartz or stuffed quartz derivatives?
In: Dental Materials (2022)
ISSN: 0109-5641
DOI: 10.1016/j.dental.2022.07.009
Hurle K., Maia FR., Ribeiro VP., Pina S., Oliveira JM., Götz-Neunhoeffer F., Reis RL.:
Osteogenic lithium-doped brushite cements for bone regeneration
In: Bioactive Materials (2022)
ISSN: 2452-199X
DOI: 10.1016/j.bioactmat.2021.12.025
Hurle K., Weichhold J., Götz-Neunhoeffer F., Gbureck U.:
CONTROLLED ACTIVATION OF PREFABRICATED A-TRICALCIUM PHOSPHATE CEMENT PASTES STABILIZED BY SODIUM PYROPHOSPHATE
In: TISSUE ENGINEERING PART A, NEW ROCHELLE: 2022
Lubauer J., Belli R., Peterlik H., Hurle K., Lohbauer U.:
Grasping the Lithium hype: Insights into modern dental Lithium Silicate glass-ceramics
In: Dental Materials 38 (2022), S. 318-332
ISSN: 0109-5641
DOI: 10.1016/j.dental.2021.12.013
Wallis D., Harris J., Böhm C., Wang D., Zavattieri P., Feldner P., Merle B., Pipich V., Hurle K., Leupold S., Hansen LN., Marin F., Wolf S.:
Erratum: Progressive changes in crystallographic textures of biominerals generate functionally graded ceramics (Mater. Adv. (2022) DOI: 10.1039/d1ma01031j)
In: Materials Advances 3 (2022), S. 2598-
ISSN: 2633-5409
DOI: 10.1039/d2ma90020c
Weichhold J., Götz-Neunhoeffer F., Hurle K., Gbureck U.:
Pyrophosphate ions inhibit calcium phosphate cement reaction and enable storage of premixed pastes with a controlled activation by orthophosphate addition
In: Ceramics International 48 (2022), S. 15390-15404
ISSN: 0272-8842
DOI: 10.1016/j.ceramint.2022.02.073

2021

Belli R., Hurle K., Schürrlein J., Petschelt A., Werbach K., Peterlik H., Rabe T., Mieller B., Lohbauer U.:
Relationships between fracture toughness, Y2O3 fraction and phases content in modern dental Yttria-doped zirconias
In: Journal of the European Ceramic Society 41 (2021), S. 7771-7782
ISSN: 0955-2219
DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2021.08.003
Contreras Jaimes AT., de Pablos-Martín A., Hurle K., Martins de Souza e Silva J., Berthold L., Kittel T., Boccaccini AR., Brauer DS.:
Deepening our understanding of bioactive glass crystallization using TEM and 3D nano-CT
In: Journal of the European Ceramic Society (2021)
ISSN: 0955-2219
DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2021.02.051
Hurle K., Oliveira JM., Reis RL., Pina S., Götz-Neunhoeffer F.:
Ion-doped Brushite Cements for Bone Regeneration
In: Acta Biomaterialia (2021)
ISSN: 1742-7061
DOI: 10.1016/j.actbio.2021.01.004
Lubauer J., Belli R., Petschelt A., Cicconi MR., Hurle K., Lohbauer U.:
Concurrent kinetics of crystallization and toughening in multicomponent biomedical SiO2-Li2O-P2O5-ZrO2 glass-ceramics
In: Journal of Non-Crystalline Solids 554 (2021), Art.Nr.: 120607
ISSN: 0022-3093
DOI: 10.1016/j.jnoncrysol.2020.120607
Lubauer J., Hurle K., Cicconi MR., Petschelt A., Peterlik H., Lohbauer U., Belli R.:
Toughening by revitrification of Li2SiO3 crystals in Obsidian® dental glass-ceramic
In: Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials 124 (2021), Art.Nr.: 104739
ISSN: 1751-6161
DOI: 10.1016/j.jmbbm.2021.104739
Maqbool M., Nawaz Q., Ur Rehman MA., Cresswell M., Jackson P., Hurle K., Detsch R., Goldmann W., Shah AT., Boccaccini AR.:
Synthesis, characterization, antibacterial properties, and in vitro studies of selenium and strontium co-substituted hydroxyapatite
In: International Journal of Molecular Sciences 22 (2021), Art.Nr.: 4246
ISSN: 1422-0067
DOI: 10.3390/ijms22084246
Nawaz Q., De Pablos-Martin A., Berthold L., De Souza E Silva JM., Hurle K., Boccaccini AR.:
Mapping the elemental and crystalline phase distribution in Cu2+ doped 45S5 bioactive glass upon crystallization
In: Crystengcomm (2021)
ISSN: 1466-8033
DOI: 10.1039/d1ce01160j
Wallis D., Harris J., Böhm C., Wang D., Zavattieri P., Feldner P., Merle B., Pipich V., Hurle K., Leupold S., Hansen LN., Marin F., Wolf S.:
Progressive changes in crystallographic textures of biominerals generate functionally graded ceramics
In: Materials Advances (2021)
ISSN: 2633-5409
DOI: 10.1039/d1ma01031j

2020

Kirsten J., Belli R., Wendler M., Petschelt A., Hurle K., Lohbauer U.:
Crack growth rates in lithium disilicates with bulk (mis)alignment of the Li2Si2O5 phase in the [001] direction
In: Journal of Non-Crystalline Solids 532 (2020), Art.Nr.: 119877
ISSN: 0022-3093
DOI: 10.1016/j.jnoncrysol.2019.119877
Myszka B., Schodder P., Leupold S., Barr M., Hurle K., Schüßler M., Demmert B., Biggemann J., Fey T., Boccaccini AR., Wolf S.:
Shape Matters: Crystal Morphology and Surface Topography Alter Bioactivity of Bioceramics in Simulated Body Fluid
In: Advanced Engineering Materials (2020)
ISSN: 1438-1656
DOI: 10.1002/adem.202000044
Nawaz Q., de Pablos-Martín A., Martins de Souza e Silva J., Berthold L., Hurle K., Contreras Jaimes AT., Sitarz M., Brauer DS., Boccaccini AR.:
Crystallization study of sol–gel derived 13-93 bioactive glass powder
In: Journal of the European Ceramic Society (2020)
ISSN: 0955-2219
DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2020.09.052
Nawaz Q., de Pablos-Martín A., Martins de Souza e Silva J., Hurle K., Jaimes AT., Brauer DS., Boccaccini AR.:
New insights into the crystallization process of sol-gel–derived 45S5 bioactive glass
In: Journal of the American Ceramic Society (2020)
ISSN: 1551-2916
DOI: 10.1111/jace.17124
Späth K., Götz-Neunhoeffer F., Hurle K.:
Cu2+ doped β-tricalcium phosphate: Solid solution limit and crystallographic characterization by rietveld refinement
In: Journal of Solid State Chemistry 285 (2020), Art.Nr.: 121225
ISSN: 0022-4596
DOI: 10.1016/j.jssc.2020.121225

2019

Belli R., Lohbauer U., Götz-Neunhoeffer F., Hurle K.:
Crack-healing during two-stage crystallization of biomedical lithium (di)silicate glass-ceramics
In: Dental Materials (2019)
ISSN: 0109-5641
DOI: 10.1016/j.dental.2019.05.013
Hurle K., Belli R., Götz-Neunhoeffer F., Lohbauer U.:
Phase characterization of lithium silicate biomedical glass-ceramics produced by two-stage crystallization
In: Journal of Non-Crystalline Solids 510 (2019), S. 42-50
ISSN: 0022-3093
DOI: 10.1016/j.jnoncrysol.2019.01.027
Lohbauer U., Belli R., Abdalla Alonso A., Götz-Neunhoeffer F., Hurle K.:
Effect of sintering parameters on phase evolution and strength of dental lithium silicate glass-ceramics
In: Dental Materials (2019)
ISSN: 0109-5641
DOI: 10.1016/j.dental.2019.07.002
Myszka B., Hurle K., Zheng K., Wolf S., Boccaccini AR.:
Mechanical improvement of calcium carbonate cements by: In situ HEMA polymerization during hardening
In: Journal of Materials Chemistry B 7 (2019), S. 3403-3411
ISSN: 2050-750X
DOI: 10.1039/c9tb00237e
Myszka B., Schüßler M., Hurle K., Demmert B., Detsch R., Boccaccini AR., Wolf S.:
Phase-specific bioactivity and altered Ostwald ripening pathways of calcium carbonate polymorphs in simulated body fluid
In: RSC Advances 9 (2019), S. 18232-18244
ISSN: 2046-2069
DOI: 10.1039/c9ra01473j
Weichhold J., Gbureck U., Götz-Neunhoeffer F., Hurle K.:
Setting mechanism of a CDHA forming α-TCP cement modified with sodium phytate for improved injectability
In: Materials 12 (2019), Art.Nr.: 2098
ISSN: 1996-1944
DOI: 10.3390/ma12132098

2018

Hurle K., Weichhold J., Brueckner M., Gbureck U., Brueckner T., Götz-Neunhoeffer F.:
Hydration mechanism of a calcium phosphate cement modified with phytic acid
In: Acta Biomaterialia 80 (2018), S. 378-389
ISSN: 1742-7061
DOI: 10.1016/j.actbio.2018.09.002

2017

Hurle K., Neubauer J., Götz-Neunhoeffer F.:
Hydration enthalpy of amorphous tricalcium phosphate resulting from partially amorphization of β-tricalcium phosphate
In: BioNanoMaterials 18 (2017), S. 429-440
ISSN: 2193-066X
DOI: 10.1515/bnm-2016-0016
Hurle K., Neubauer J., Götz-Neunhoeffer F.:
Hydration mechanism of partially amorphized β-tricalcium phosphate
In: Acta Biomaterialia 54 (2017), S. 429-440
ISSN: 1742-7061
DOI: 10.1016/j.actbio.2017.03.013
Toniolo N., Taveri G., Hurle K., Roether J., Ercole P., Dlouhy⁠ I., Boccaccini AR.:
Fly-ash-based geopolymers: How the addition of recycled glass or red mud waste influences the structural and mechanical properties
In: Journal of Ceramic Science and Technology 8 (2017), S. 411-419
ISSN: 2190-9385
DOI: 10.4416/JCST2017-00053

2016

Hurle K., Christel T., Gbureck U., Moseke C., Neubauer J., Götz-Neunhoeffer F.:
Reaction kinetics of dual setting α-tricalcium phosphate cements
In: Journal of Materials Science: Materials in Medicine 27 (2016), S. 1-13
ISSN: 0957-4530
DOI: 10.1007/s10856-015-5616-y

2015

Hurle K., Neubauer J., Bohner M., Doebelin N., Götz-Neunhoeffer F., Götz-Neunhoeffer F.:
Calorimetry investigations of milled alpha-tricalcium phosphate (alpha-TCP) powders to determine the formation enthalpies of alpha-TCP and X-ray amorphous tricalcium phosphate
In: Acta Biomaterialia 2015 (2015)
ISSN: 1742-7061
DOI: 10.1016/j.actbio.2015.05.026
Hurle K., Neubauer J., Götz-Neunhoeffer F.:
Influence of Sr2+ on Calcium-Deficient Hydroxyapatite Formation Kinetics and Morphology in Partially Amorphized α-TCP
In: Journal of the American Ceramic Society 99 (2015), S. 1055-1063
ISSN: 1551-2916
DOI: 10.1111/jace.14005

2014

Hurle K., Neubauer J., Bohner M., Döbelin N., Götz-Neunhoeffer F.:
Effect of amorphous phases during the hydraulic conversion of alpha-TCP into calcium-deficient hydroxyapatite
In: Acta Biomaterialia 10 (2014), S. 3931-3941
ISSN: 1742-7061
DOI: 10.1016/j.actbio.2014.03.017

Dr. rer. nat. Katrin Hurle

Dr. rer. nat. Katrin Hurle

Forschungsschwerpunkte

2022 2022

3D-Druck von Li-Brushit/Seidenfibroin-Nanokompositen zur Knochenregeneration

Wechselwirkungsmechanismen von medizinischen Wirkstoffen mit Calciumphosphatzementen für die Anwendung als pharmakologisch aktiver Knochenersatzstoff

2021 2021

Dentale Glaskeramiken im System SiO2 - Li2O - ZrO2 mit verbesserter Lebensdauer: Mechanismen der Kristallisation und Widerstand gegenüber langsamen Risswachstum

2019 2019

Crystallographic analysis of Cu2+ doped β-tricalcium phosphate by Rietveld refinement and influence on the hydration kinetics

2018 2018

Enzymatisch aktiviertes Abbinden dotierter Calciumphosphatzemente

2017 2017

Mechanistische Analyse von Mineralisationsvorgängen in modifizierten anorganischen Knochenzementen mit enzymatischer Kontrolle der Abbindereaktion

Publikationen

2022

2021

2020

2019

2018

2017

2016

2015

2014

2022

2021

2019

2018

2017