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Bessere Oberflächen für Stents und Stoßstangen

14.12.2006
Die VolkswagenStiftung bewilligt rund 2,4 Millionen Euro für vier neue Vorhaben in ihrer Förderinitiative "Innovative Methoden zur Herstellung funktionaler Oberflächen".

Besonders nah - im engsten Wortsinn - sind uns "neue" Oberflächen, wenn wir sie in uns haben: als Oberflächen von Implantaten oder Gefäß-Stents etwa. Was solche funktionalen Flächen leisten müssen, wissen die Projekt-Teams zweier jetzt neu geförderter Vorhaben mit medizinischer Ausrichtung besonders gut.

Denn immer geht es dabei auch um die Frage: Wie lassen sich diese Flächen effektiv und kostensparend herstellen? Auch zwei weitere Vorhaben, die sich mit Kunststoff- und keramischen Materialien beschäftigen, zeigen, was gefordert ist, wenn Oberflächen nicht nur lang ersehnte neue Eigenschaften erhalten, sondern ihre Herstellung zugleich wirtschaftlichen und Umweltansprüchen genügen soll. Für die vier neuen Vorhaben stellt die VolkswagenStiftung jetzt rund 2,4 Millionen Euro bereit, darunter im Einzelnen:

1.) 691.700 Euro für das Projekt "Developing processes for µ-structuring of polymer stents"; daran beteiligt sind Professor Dr.-Ing. Manfred H. Wagner vom Institut für Werkstoffwissenschaften und -technologien der Fakultät III Prozesswissenschaften und Professor Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann vom Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb (IWF), jeweils Technische Universität Berlin, sowie Privatdozent Dr. Peter Ewert, Abteilung für Angeborene Herzfehler am Deutschen Herzzentrum (DHZB) der Charité - Universitätsmedizin Berlin.

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2.) 595.000 Euro für das Vorhaben "Development of nano metal injection moulding for the functionalisation of metal surfaces" der Wissenschaftler Dr.-Ing. Astrid Rota, Abteilung Mikrofertigung des Fraunhofer-Instituts für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM), Bremen, und Dr. Arie Bruinink, Materials and Tissues for Medicine, Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (EMPA), St. Gallen/Schweiz.

3.) 441.300 Euro für das Vorhaben "Fast reaction mechanisms for a new technology to produce surface modified thermoplastic parts by in-situ modification in injection moulding" - ein Kooperationsprojekt von Professor Dr.-Ing. Günter Mennig vom Institut für Allgemeinen Maschinenbau und Kunststofftechnik und Professor Dr.-Ing. Michael Gehde vom Lehrstuhl für Kunststoffe, beide Technische Universität Chemnitz, sowie von Professor Dr. Gert Heinrich vom Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e. V..

4.) 638.000 Euro für das Projekt "Development of a hybrid-machining-head for the manufacture of multifunctional surfaces of advanced ceramics by laser-assisted milling and integrated laser polishing - CeraSurf" in Zusammenarbeit von Professor Dr.-Ing. Christian Brecher vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie (IPT) in Aachen und Professor Dr. Reinhart Poprawe vom Lehrstuhl für Lasertechnik der RWTH Aachen.

Im Folgenden stellen wir Ihnen die Vorhaben kurz vor.

zu 1. Lotuseffekt für die Innenseite von Gefäßstents
Wenn ein Blutgefäß durch Ablagerungen verengt wird und zu verschließen droht, weiten Ärzte die enge Stelle auf und setzen einen Stent: ein kleines flexibles Röhrchen, das das Gefäß offen hält. Bei bis zu 30 Prozent der Patienten verstopfen diese Röhrchen allerdings erneut, unter anderem durch Anlagerungen von Blutbestandteilen an der Innenseite des Stents.

Die Ingenieure und Mediziner aus Berlin arbeiten daran, diese für Patienten und Ärzte sehr belastende Situation zu ändern. Sie verwenden Röhrchen aus einem Polymer mit Formgedächtnis - das erleichtert die Anwendung. Die Kernidee der Forscher ist es dann, die Innenflächen dieser Stents so zu strukturieren, dass dort der Lotuseffekt wirkt. Mit anderen Worten: So wie an einem Lotusblatt Schmutz einfach abperlt, so sollen an der Innenfläche der Polymer-Stents unerwünschte Anlagerungen einfach mit dem Blutfluss weggespült werden. Die Strukturen, die solche Effekte bewirken, bewegen sich auch hier in der Größenordnung von Nano- und Mikrometern, so dass es in diesem Projekt vor allem um die Frage geht: Welche der möglichen Herstellungsverfahren und welche der zur Verfügung stehenden Verfahren zur Oberflächenmodifikation lassen sich ideal kombinieren? Am Ende des anspruchsvollen Vorhabens stehen Langzeitstudien mit ersten Prototypen.

Kontakte:

TU Berlin
Institut für Werkstoffwissenschaften und -technologien
Prof. Dr.-Ing. Manfred H. Wagner
Telefon: 030 314 24125
E-Mail: manfred.wagner@tu-berlin.de
Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb (IWF)
Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
Telefon 030 314 23349
E-Mail uhlmann@iwf.tu-berlin.de
Deutsches Herzzentrum (DHZB) der Charité - Universitätsmedizin Berlin
Abteilung für Angeborene Herzfehler
Privatdozent Dr. Peter Ewert
Telefon: 030 4593 2800
E-Mail: ewert@dhzb.de
zu 2. Bioaktivierung für metallische Implantate und andere Materialien
Im Mittelpunkt dieses Vorhabens von Forschern aus Deutschland und der Schweiz stehen metallische, bioaktive Materialien für die regenerative Medizin. Deren Oberflächenstruktur ist für das Verhalten biologischer Zellen und damit für die Biokompatibilität eines Implantats entscheidend. Bislang werden die Oberflächen der Implantate nach dem Formgebungsprozess in einem oder mehreren Bearbeitungsschritten - beispielsweise mittels Sandstrahlen oder speziellen Beschichtungstechnologien - gezielt porös gemacht und/oder strukturiert. Die Teams aus Bremen und St. Gallen wollen nun solche Strukturierungen in den Herstellungsprozess integrieren, so dass die "Bioaktivierung" keinen zusätzlichen Arbeitsschritt mehr benötigt. Dazu muss an verschiedenen Stellen der Fertigungskette eingegriffen werden und es werden auch für die Implantatherstellung bisher "ungewöhnliche" Prozesse aus der Nanotechnologie integriert. Wird diese Hürde genommen, verspricht das Verfahren ein kostengünstiger Serienfertigungsprozess für bioaktive, metallische Implantate zu werden.

Kontakte:

Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM), Bremen
Abteilung Mikrofertigung
Dr.-Ing. Astrid Rota
Telefon: 0421 2246 196
E-Mail: rota@ifam.fraunhofer.de
Eidgenössische Material-prüfungs- und Forschungsanstalt (EMPA), St. Gallen/Schweiz
Materials and Tissues for Medicine (MaTisMed)
Dr. Arie Bruinink
Telefon: 0041 71 274 7695
E-Mail: arie.bruinink@empa.ch
zu 3. Integrierte Vorbehandlung für Kunststoffoberflächen
Die Kunststoff-Stoßstange Ihres Autos hat in der Regel drei Arbeitsschritte hinter sich: Sie wurde aus einer heißen Kunststoffschmelze im Spritzgussverfahren hergestellt, nach dem Auskühlen wurde ihre Oberfläche in einem separaten Schritt vorbehandelt - um im dritten Schritt schließlich lackiert zu werden. Das ist ein Schritt zu viel, finden die Forscher aus Chemnitz und Dresden. Denn jeder Fertigungsschritt kostet Zeit, Geld und logistischen Aufwand.

Ihr Ziel ist es, Kunststoffoberflächen gleich während des Spritzgießens individuell so vorzubehandeln, dass sie anschließend direkt weiterverarbeitet werden können - etwa gestrichen oder verklebt. Die Ingenieure und Chemiker suchen für ihr Verfahren passende Modifikatoren, die sie in einer hauchdünnen Schicht auf die Oberfläche der Gießform auftragen. Wenn nun die heiße Schmelze beim Gießen auf die Form trifft, wird idealerweise der jeweilige Modifikator permanent an die Oberfläche des späteren Kunststoffbauteils angebunden. Die Endbearbeitung wäre dann ohne weiteren Zwischenschritt möglich. Da die heiße Schmelze innerhalb von Millisekunden erstarrt, muss die chemische Reaktion sehr schnell und dennoch kontrolliert ablaufen. Gelingt den Forschern das, haben sie eine Vereinfachung mit enormem wirtschaftlichen Potenzial geschaffen.

Kontakte:

Chemnitz
Institut für Allgemeinen Maschinenbau und Kunststofftechnik
Prof. Dr.-Ing. Günter Mennig
Telefon: 0371 531 32383
E-Mail: kunststofftechnik@mb.tu-chemnitz.de
Lehrstuhl für Kunststoffe
Prof. Dr.-Ing. Michael Gehde
Telefon: 0371 531 32337
E-Mail: kunststofftechnik@mb.tu-chemnitz.de
Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e. V.
Prof. Dr. Gert Heinrich
Telefon: 0351 4658360
E-Mail: gheinrich@ipfdd.de
zu 4. Funktionalisierte Oberflächen für keramische Bauteile
Hightech-Keramiken haben fantastische Eigenschaften: Sie sind hart, formstabil, leicht, temperaturfest, korrosions- und reibungsresistent - um nur einige zu nennen. Damit empfehlen sie sich unter anderem für Ventile, Verkleidungen von Verbrennungsräumen oder auch für medizinische Implantate. Es gibt allerdings ein Problem: Es fehlen flexible wirtschaftliche und umweltschonende Technologien, um die keramischen Oberflächen gezielt zu funktionalisieren.

An diesem Punkt setzen die Wissenschaftler aus Aachen an. Sie möchten nicht nur die Herstellung keramischer Komponenten verbessern, sondern vor allem die Oberflächenstruktur an definierten Orten unterschiedlich rau gestalten, auf diese Weise die Eigenschaften der Oberfläche kontrollieren und sie damit gezielt funktionalisieren. Um das zu erreichen, wollen die Forscher eine völlig neue Fertigungstechnologie entwickeln. Diese Technologie soll zwei Verfahren - laserunterstütztes Fräsen und simultanes Laserpolieren - zu einem integrierten, hybriden Fertigungsprozess vereinen. Sind die Wissenschaftler erfolgreich, können sie einen wirklichen Durchbruch auf dem Gebiet keramischer Bauteilherstellung für sich verbuchen.

Kontakte:

Fraunhofer-Institut für
Produktionstechnologie (IPT), Aachen
Prof. Dr.-Ing. Christian Brecher
Telefon: 0241 8904 102
E-Mail: christian.brecher@ipt.fraunhofer.de
RWTH Aachen
Lehrstuhl für Lasertechnik
Prof. Dr. Reinhart Poprawe
Telefon: 0241 89 06 132
E-Mail: poprawe@ilt.fhg.de
Kontakte VolkswagenStiftung
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Dr. Christian Jung
Telefon: 0511 8381 - 380
E-Mail: jung@volkswagenstiftung.de
Förderinitiative
Dr. Franz Dettenwanger
Telefon: 0511 8381 - 217
E-Mail: dettenwanger@volkswagenstiftung.de

Dr. Christian Jung | idw
Weitere Informationen:
http://www.volkswagenstiftung.de

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