Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Implantatversagen durch Nanokorrosion: Empa-Forschende klären, warum sich Implantatbeschichtungen lösen

16.08.2010
Extrem harte Beschichtungen aus diamantartigem Kohlenstoff (DLC) verlängern bei Werkzeugen und Bauteilen die Einsatzdauer. Bei Gelenksimplantaten versagen DLC-Schichten allerdings oft, weil sie sich ablösen.

Empa-ForscherInnen fanden nun heraus, warum – und entwickelten Verfahren, mit denen die Grenzfläche zwischen DLC-Schicht und darunter liegendem Metall korrosionsbeständig wird und sich die Lebensdauer der Implantate vorhersagen lässt.

Ob auf Computerfestplatten, Sägeblättern, Prägewerkzeugen, Rasierklingen oder Einspritzdüsen: Extrem harte Schichten aus diamantartigem Kohlenstoff (englisch «diamond-like carbon», DLC) bewähren sich schon seit geraumer Zeit. Sie vermindern den Abrieb und verleihen Werkzeugen und Bauteilen deshalb eine längere Einsatzdauer. Was liegt also näher, als DLC auch auf medizinische Implantate wie künstliche Gelenke aufzubringen, dachten sich verschiedene Implantathersteller. Denn auch hier ist Abrieb ein Problem.

In den Labors hatte DLC dann schnell etliche In-vitro-Tests bestanden und sich als körperverträglich, extrem abriebfest und resistent gegen das relativ aggressive Körpermilieu erwiesen. Implantiert in den menschlichen Körper, traten jedoch schon nach wenigen Jahren gravierende Probleme auf: Die DLC-Schichten hatten sich ohne erkennbaren Grund vom Implantatmaterial gelöst.

Grenzfläche im Visier

In einem von der Förderagentur für Innovation (KTI), der Medizinaltechnikfirma Synthes GmbH und der Beschichtungsfirma Ionbond AG unterstützten Projekt gingen Empa-Forscherinnen und -Forscher den Ursachen für das Implantatversagen auf den Grund. Dazu untersuchten sie die Grenzflächen zwischen Implantatmaterial und Beschichtung besonders akribisch. «Beim Zusammenfügen zweier Materialien entsteht in der Grenzfläche eine nur wenige Atomlagen dünne Reaktionsschicht – und somit ein neues Material, das wir nun erstmals genau untersucht haben», erklärt Roland Hauert von der Abteilung «Nanoscale Materials Science» der Empa.

Sein Team konnte nachweisen, dass diese bisher kaum beachtete Reaktionsschicht im Körper nicht immer korrosionsstabil ist. Die Folge: Es kann zu einem Ablösen der DLC-Schicht kommen. So können durch Spannungsrisskorrosion entstandene Risse in der Reaktionsschicht durch mechanische Belastung und eindringende Körperflüssigkeit langsam weiterwachsen und dadurch nach und nach zum Ablösen der DLC-Schicht führen.

In anderen Fällen war Spaltkorrosion für die Schädigung der Reaktionsschicht verantwortlich. Dabei bildet sich in feinen Spalten mit der Zeit ein aggressives, saures Medium, das allmählich die Reaktionsschicht oder die zusätzlich aufgebrachte Haftvermittlungsschicht zerfrisst, was ebenfalls zum Ablösen der DLC-Schicht führt.

Verfahren, um Lebensdauer zu bestimmen

Doch damit nicht genug: Das Empa-Team entwickelte mit ihren Industriepartnern Synthes GmbH und Ionbond AG auch gleich eine korrosionsstabile Zwischenschicht an der Grenzfläche zum DLC und zudem ein Verfahren, mit dem sich die Geschwindigkeit des Risswachstums bei Spannungsrisskorrosion unter körperähnlichen Bedingungen sowie die Zersetzungsrate der Reaktionsschicht bei Spaltkorrosion bestimmen lässt. «Daraus lässt sich dann die zu erwartende Lebensdauer der beschichteten Implantate im menschlichen Körper berechnen», erklärt Roland Hauert. Ob ein DLC-beschichtetes Implantat in vivo vorzeitig versagen wird, kann also in Zukunft schon während der Produktentwicklung erkannt werden.

Weitere Informationen
Dr. Roland Hauert, Empa, Nanoscale Materials Science, Tel. +41 44 823 45 58, roland.hauert@empa.ch
Dr. Cyril Voisard, Synthes GmbH, Tel. +41 32 720 73 07, Voisard.Cyril@synthes.com

Dr. Markus Tobler, Ionbond AG, Tel. +41 62 287 85 69, markus.tobler@ionbond.com

Sabine Voser | idw
Weitere Informationen:
http://www.empa.ch

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Eine Frage der Richtung
27.05.2016 | Universität Konstanz

nachricht Computational High-Throughput-Screening findet neue Hartmagnete die weniger Seltene Erden enthalten
25.05.2016 | Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Tiroler Technologie zur Abwasserreinigung weltweit erfolgreich

Auf biologischem Weg und mit geringem Energieeinsatz wandelt ein an der Universität Innsbruck entwickeltes Verfahren in Kläranlagen anfallende Stickstoffverbindungen in unschädlichen Luftstickstoff um. Diese innovative Technologie wurde nun gemeinsam mit dem US-Wasserdienstleister DC Water weiterentwickelt und vermarktet. Für die Kläranlage von Washington DC wird die bisher größte DEMON®-Anlage errichtet.

Das DEMON®-Verfahren wurde bereits vor elf Jahren entwickelt und von der Universität Innsbruck zum Patent angemeldet. Inzwischen wird die Technologie in rund...

Im Focus: Worldwide Success of Tyrolean Wastewater Treatment Technology

A biological and energy-efficient process, developed and patented by the University of Innsbruck, converts nitrogen compounds in wastewater treatment facilities into harmless atmospheric nitrogen gas. This innovative technology is now being refined and marketed jointly with the United States’ DC Water and Sewer Authority (DC Water). The largest DEMON®-system in a wastewater treatment plant is currently being built in Washington, DC.

The DEMON®-system was developed and patented by the University of Innsbruck 11 years ago. Today this successful technology has been implemented in about 70...

Im Focus: Optische Uhren können die Sekunde machen

Eine Neudefinition der Einheit Sekunde auf der Basis von optischen Uhren wird realistisch

Genauer sind sie jetzt schon, aber noch nicht so zuverlässig. Daher haben optische Uhren, die schon einige Jahre lang als die Uhren der Zukunft gelten, die...

Im Focus: Computational High-Throughput-Screening findet neue Hartmagnete die weniger Seltene Erden enthalten

Für Zukunftstechnologien wie Elektromobilität und erneuerbare Energien ist der Einsatz von starken Dauermagneten von großer Bedeutung. Für deren Herstellung werden Seltene Erden benötigt. Dem Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM in Freiburg ist es nun gelungen, mit einem selbst entwickelten Simulationsverfahren auf Basis eines High-Throughput-Screening (HTS) vielversprechende Materialansätze für neue Dauermagnete zu identifizieren. Das Team verbesserte damit die magnetischen Eigenschaften und ersetzte gleichzeitig Seltene Erden durch Elemente, die weniger teuer und zuverlässig verfügbar sind. Die Ergebnisse wurden im Online-Fachmagazin »Scientific Reports« publiziert.

Ausgangspunkt des Projekts der IWM-Forscher Wolfgang Körner, Georg Krugel und Christian Elsässer war eine Neodym-Eisen-Stickstoff-Verbindung, die auf einem...

Im Focus: University of Queensland: In weniger als 2 Stunden ans andere Ende der Welt reisen

Ein internationales Forschungsteam, darunter Wissenschaftler der University of Queensland, hat im Süden Australiens einen erfolgreichen Hyperschallgeschwindigkeitstestflug absolviert und damit futuristische Reisemöglichkeiten greifbarer gemacht.

Flugreisen von London nach Sydney in unter zwei Stunden werden, dank des HiFiRE Programms, immer realistischer. Im Rahmen dieses Projekts werden in den...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Wie sieht die Schifffahrt der Zukunft aus? - IAME-Jahreskonferenz in Hamburg

27.05.2016 | Veranstaltungen

Technologische Potenziale der Multiparameteranalytik

27.05.2016 | Veranstaltungen

Umweltbeobachtung in nah und fern

27.05.2016 | Veranstaltungen

 
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Stressoren erkennen, Belastungen reduzieren, Fachwissen erlangen

27.05.2016 | Seminare Workshops

HDT SOMMERAKADEMIE 2016

27.05.2016 | Seminare Workshops

11 Millionen Euro für die Erforschung von Magnetfeldsensoren für die medizinische Diagnostik

27.05.2016 | Förderungen Preise