Verbesserte orthopädische Implantate

Materialien werden heute mit großem Erfolg für orthopädische Implantate im medizinischen Bereich eingesetzt. Die aktuelle Forschung zur Entwicklung neuer Biomaterialien hat verbesserte orthopädische Implantate mit bioaktiven Beschichtungen hervorgebracht, die von Lasern bearbeitet wurden.

Die Implantate können in Abhängigkeit ihrer Materialzusammensetzung entweder bio-inert oder bioaktiv und vollständig resorbierbar sein. Bestimmte biokeramische Zusammensetzungen und Verbundstoffe können eine starke unmittelbare Bindung mit dem Wirtsknochen eingehen. Dies beruht hauptsächlich darauf, dass sich auf ihrer Oberfläche eine biologisch aktive Schicht aus Hydroxylapatit bildet, bei der es sich um eine Kalzium-Phosphat-Verbindung handelt, die ein wesentlicher mineralischer Knochenbestandteil ist.

Eine Gruppe europäischer Universitäten und Unternehmen hat ein preiswertes Knieimplantat entwickelt, das nachweislich sowohl eine längere Lebensdauer als auch eine verbesserte Osteo-Integration bietet. Verschiedene Methoden der Oberflächenbearbeitung mit Hochleistungslasern wurden untersucht, bevor eine sehr gut haftende bioaktive Beschichtung geschaffen werden konnte. Im Wesentlichen ist die entstehende Kalzium-Phosphat-Beschichtung eine abgestufte Schnittstelle zwischen dem Titansubstrat und der Kalzium-Titanat-Beschichtung, die an der äußersten Oberfläche aus Hydroxylapatit besteht. Die Oberflächenbeschichtung mit einem Nd:YAG-Laser hat sich in diesem Zusammenhang als die beste Lösung erwiesen.

In-vitro- und In-vivo-Tests haben gezeigt, dass Nd:YAG-Laserbeschichtungen eine bessere Zellkompatibilität und geringere Zelltoxizität aufweisen als die mit CO2-Lasern hergestellten Proben. Des Weiteren ist die Leistung von Nd:YAG-Laserbeschichtungen statistisch mit der von Plasmaspraymaterialien vergleichbar.

Gleichzeitig konnten aber die Kosten für das Implantat durch die Einführung einer einfacheren Entwicklung und Instrumentierung deutlich verringert werden. Innovative dreidimensionale CAD/CAM- und Real-Virtual-Real-Verfahren wurden entwickelt und angewandt, um die Ausführung und Herstellung der Prothese und ihrer Beschichtung zu modellieren, simulieren und automatisieren. Die erreichte Kostensenkung macht die industrielle Produktion des Nd:YAG-Laserbeschichtungsprozesses realisierbar und bietet gleichzeitig eine bedeutende Gelegenheit für weitere Forschungen zur Methodik bzw. Geräteentwicklung.