Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Titanschäume ersetzen verletzte Knochen

01.09.2010
Flexibel und fest wie der menschliche Knochen und sofort belastbar: Ein neuartiges Implantat aus Titanschaum ähnelt im Aufbau der Struktur im Knocheninneren. Dies macht ihn nicht nur weniger steif als herkömmliche massive Implantate. Es fördert auch das Einwachsen in den angrenzenden Knochen.

Der Mensch wächst mit seinen Aufgaben. Dasselbe gilt für seine Knochen: Werden sie stärker belastet, entwickelt sich dichteres Gewebe. Weniger stark beanspruchte Teile des Skeletts weisen eine geringere Knochendichte auf. Der Reiz der Belastung stimuliert das Wachstum der Matrix.


Der neue Titan-Werkstoff weist eine schaumartige Struktur auf. (© Fraunhofer IFAM)

Diesen Effekt wollen Mediziner künftig verstärkt nutzen, um Implantate dauerhafter und stabiler mit den Knochen des Patienten zu verbinden. Dafür muss der Knochenersatz jedoch so gestaltet sein, dass er ein Einwachsen begünstigt – mit Poren und Kanälen, durch die Blutgefäße und Knochenzellen ungehindert hindurch wachsen können. Material der Wahl bei Implantaten ist Titan der Legierung Ti6Al4V. Es ist langlebig, stabil und belastbar und wird vom Körper gut vertragen. Eher problematisch ist dagegen seine Verarbeitung: So reagiert Titan unter hohen Temperaturen mit Sauerstoff, Stickstoff und Kohlenstoff. Es wird dadurch spröde und brüchig. Entsprechend begrenzt ist die Palette der Produktionsverfahren.

Komplexe Innenstrukturen lassen sich mit den etablierten Verfahren noch nicht herstellen. Deshalb werden bei Defekten lasttragender Knochen hauptsächlich massive Titan-Implantate eingesetzt. Viele verfügen zwar über strukturierte Oberflächen, um Knochenzellen Halt zu bieten. Doch die entstandene Verbindung bleibt fragil. Hinzu kommt, dass massive Implantate andere mechanische Eigenschaften aufweisen als das menschliche Skelett: Sie sind wesentlich steifer. »Der angrenzende Knochen wird kaum noch belastet und bildet sich im schlimmsten Fall sogar zurück. Das Implantat lockert sich und muss ausgetauscht werden«, erklärt Dr. Peter Quadbeck vom Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM in Dresden. Quadbeck koordiniert das Projekt »TiFoam«, in dem ein Titan-Werkstoff für eine neue Generation Implantate entstand. In seiner schaumartigen Struktur ähnelt der Werkstoff der Spongiosa im Knocheninneren.

Der Titanschaum entsteht durch ein pulvermetallurgisches Abformverfahren, welches sich bereits zur industriellen Herstellung keramischer Filter für den Aluminium-Guss bewährt hat: Offenzellige Schäume aus Polyurethan (PU) werden mit einer Lösung aus Bindemittel und feinem Titanpulver imprägniert. Das Pulver lagert sich an den Zellstrukturen der Schäume an. PU und Binder werden verdampft. Zurück bleibt ein Abbild der Schaumstrukturen, das schließlich gesintert wird. »Die mechanischen Eigenschaften der so hergestellten Titanschäume kommen denen des menschlichen Knochens sehr nahe«, berichtet Quadbeck. »Das betrifft vor allem die Balance zwischen hoher Festigkeit und geringer Steifigkeit.« Ersteres ist eine wichtige Voraussetzung für die Verwendung in Knochen, die Gewicht und Bewegung standhalten müssen. Eine knochenähnliche Steifigkeit leitet Belastungsreize weiter und fördert mit der Neubildung von Knochenzellen das Einheilen des Implantats. Dieses kann und soll deshalb sofort nach dem Einsetzen belastet werden.

Im Projekt »TiFoam« haben sich die Partner darauf konzentriert, die Tauglichkeit des Titanschaums beim Ersatz defekter Wirbelkörper nachzuweisen. Er eignet sich ebenso zur »Reparatur« anderer stark belasteter Knochen. Neben den Werkstoff-wissenschaftlern der Fraunhofer-Institute IFAM und IKTS, dem Institut für Keramische Technologien und Systeme in Dresden, waren Mediziner der Uniklinik der TU Dresden sowie mehrere Unternehmen an der Entwicklung des Titanschaums beteiligt. Projektpartner InnoTERE hat bereits angekündigt, künftig aus dem »TiFoam«-Werkstoff Knochenimplantate zu entwickeln und herzustellen.

Dr.-Ing. Peter Quadbeck | Fraunhofer Mediendienst
Weitere Informationen:
http://www.fraunhofer.de/presse/presseinformationen/2010/09/titanschaeume-ersetzen-knochen.jsp

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Wussten Sie, dass Verpackungen durch Flash Systeme intelligent werden?
23.05.2017 | Heraeus Noblelight GmbH

nachricht Bessere Kathodenmaterialien für Lithium-Schwefel-Akkus
17.05.2017 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

Staphylococcus aureus ist aufgrund häufiger Resistenzen gegenüber vielen Antibiotika ein gefürchteter Erreger (MRSA) insbesondere bei Krankenhaus-Infektionen. Forscher des Paul-Ehrlich-Instituts haben immunologische Prozesse identifiziert, die eine erfolgreiche körpereigene, gegen den Erreger gerichtete Abwehr verhindern. Die Forscher konnten zeigen, dass sich durch Übertragung von Protein oder Boten-RNA (mRNA, messenger RNA) des Erregers auf Immunzellen die Immunantwort in Richtung einer aktiven Erregerabwehr verschieben lässt. Dies könnte für die Entwicklung eines wirksamen Impfstoffs bedeutsam sein. Darüber berichtet PLOS Pathogens in seiner Online-Ausgabe vom 25.05.2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) ist ein Bakterium, das bei weit über der Hälfte der Erwachsenen Haut und Schleimhäute besiedelt und dabei normalerweise keine...

Im Focus: Can the immune system be boosted against Staphylococcus aureus by delivery of messenger RNA?

Staphylococcus aureus is a feared pathogen (MRSA, multi-resistant S. aureus) due to frequent resistances against many antibiotics, especially in hospital infections. Researchers at the Paul-Ehrlich-Institut have identified immunological processes that prevent a successful immune response directed against the pathogenic agent. The delivery of bacterial proteins with RNA adjuvant or messenger RNA (mRNA) into immune cells allows the re-direction of the immune response towards an active defense against S. aureus. This could be of significant importance for the development of an effective vaccine. PLOS Pathogens has published these research results online on 25 May 2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) is a bacterium that colonizes by far more than half of the skin and the mucosa of adults, usually without causing infections....

Im Focus: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Im Focus: A quantum walk of photons

Physicists from the University of Würzburg are capable of generating identical looking single light particles at the push of a button. Two new studies now demonstrate the potential this method holds.

The quantum computer has fuelled the imagination of scientists for decades: It is based on fundamentally different phenomena than a conventional computer....

Im Focus: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Meeresschutz im Fokus: Das IASS auf der UN-Ozean-Konferenz in New York vom 5.-9. Juni

24.05.2017 | Veranstaltungen

Diabetes Kongress in Hamburg beginnt heute: Rund 6000 Teilnehmer werden erwartet

24.05.2017 | Veranstaltungen

Wissensbuffet: „All you can eat – and learn”

24.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

DFG fördert 15 neue Sonderforschungsbereiche (SFB)

26.05.2017 | Förderungen Preise

Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

26.05.2017 | Biowissenschaften Chemie

Unglaublich formbar: Lesen lernen krempelt Gehirn selbst bei Erwachsenen tiefgreifend um

26.05.2017 | Gesellschaftswissenschaften