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 TurboLight: Mehr Effizienz für Turbomaschinen durch Leichtbauweise mit Laserlicht
25.07.2016 | Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

nachricht „Mineral-Kunststoff“ mit hohem Potenzial für die Zukunft
25.07.2016 | Universität Konstanz

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Ultrakompakter Photodetektor

Der Datenverkehr wächst weltweit. Glasfaserkabel transportieren die Informationen mit Lichtgeschwindigkeit über weite Entfernungen. An ihrem Ziel müssen die optischen Signale jedoch in elektrische Signale gewandelt werden, um im Computer verarbeitet zu werden. Forscher am KIT haben einen neuartigen Photodetektor entwickelt, dessen geringer Platzbedarf neue Maßstäbe setzt: Das Bauteil weist eine Grundfläche von weniger als einem Millionstel Quadratmillimeter auf, ohne die Datenübertragungsrate zu beeinträchtigen, wie sie im Fachmagazin Optica nun berichten. (DOI: 10.1364/OPTICA.3.000741)

Die neuentwickelten Photodetektoren, die weltweit kleinsten Photodetektoren für die optische Datenübertragung, eröffnen die Möglichkeit, durch integrierte...

Im Focus: Self-assembling nano inks form conductive and transparent grids during imprint

Transparent electronics devices are present in today’s thin film displays, solar cells, and touchscreens. The future will bring flexible versions of such devices. Their production requires printable materials that are transparent and remain highly conductive even when deformed. Researchers at INM – Leibniz Institute for New Materials have combined a new self-assembling nano ink with an imprint process to create flexible conductive grids with a resolution below one micrometer.

To print the grids, an ink of gold nanowires is applied to a substrate. A structured stamp is pressed on the substrate and forces the ink into a pattern. “The...

Im Focus: Neues Forschungsnetzwerk für Mikrobiomforschung

Mikroben und Viren haben weitreichenden Einfluss auf die Gesundheit von Mensch und Tier. Die neu gegründete "Austrian Microbiome Initiative" (AMICI) fördert die nationale Mikrobiomforschung und vernetzt MedizinerInnen und ForscherInnen verschiedenster Fachrichtungen zur Nutzung von Synergien.

Bakterien, Archaeen, Pilze, Viren – Milliarden von Mikroorganismen leben in Symbiose in und auf Menschen und Tieren. Diese mikroskopisch kleinen Lebewesen...

Im Focus: The Glowing Brain

A new Fraunhofer MEVIS method conveys medical interrelationships quickly and intuitively with innovative visualization technology

On the monitor, a brain spins slowly and can be examined from every angle. Suddenly, some sections start glowing, first on the side and then the entire back of...

Im Focus: Superschneller Internetfunk dank Terahertz-Strahlung

Wissenschaftler aus Dresden und Dublin haben einen vielversprechenden technologischen Ansatz gefunden, der Notebooks und anderen mobilen Computern in Zukunft deutlich schnellere Internet-Funkzugänge ermöglichen könnte als bisher. Die Teams am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) und am irischen Trinity College Dublin brachten hauchdünne Schichten aus einer speziellen Verbindung von Mangan und Gallium dazu, sehr effizient Strahlung im sogenannten Terahertz-Frequenzbereich auszusenden. Als Sender in WLAN-Funknetzen eingesetzt, könnten die höheren Frequenzen die Datenraten zukünftiger Kommunikations-Netzwerke spürbar erhöhen.

„Wir halten diesen Ansatz für technologisch sehr interessant“, betont Dr. Michael Gensch, Leiter einer Arbeitsgruppe am HZDR, die sich mit den...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Wissenschaftsjahr Meere und Ozeane

27.07.2016 | Veranstaltungen

8. Forum Energie

26.07.2016 | Veranstaltungen

Kongress für Molekulare Medizin: Krankheiten interdisziplinär verstehen und behandeln

20.07.2016 | Veranstaltungen

 
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Ich packe meinen Koffer und nehme mit: Sonnenschutz und ein gutes Gewissen

27.07.2016 | Unternehmensmeldung

Intelligente Mobilität

27.07.2016 | Energie und Elektrotechnik

Neues Verfahren fügt Bleche besser zusammen

27.07.2016 | Verfahrenstechnologie