Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Glasklare Beschichtung künstlicher Gelenke

11.07.2012
Deutsch-italienische Forschungskooperation

Ein Gelenkersatz ist oft der einzige Ausweg, wenn die Gelenke im Alter allmählich verschleißen und Knien, Bücken oder Laufen zur Tortur werden.

Weil die Menschen immer älter werden, könnten bis zum Jahr 2030 etwa acht mal mehr künstliche Kniegelenke benötigt werden als in 2005 – rund 3,5 Millionen Stück allein in den USA. Forscher der Universität Stuttgart und der Università di Modena e Reggio Emilia in Italien entwickeln nun gemeinsam eine neuartige Beschichtung für Metallimplantate aus bioaktiven Gläsern. Sie soll das Knochengewebe schnell an das Implantat anwachsen lassen und es somit fest im Knochen verankern sowie einfach und kostengünstig herzustellen sein.

Das erste Bioglas hat der US-Amerikaner Larry Hench bereits in den 60er Jahren entwickelt. Es besteht aus den chemischen Elementen Silizium, Kalzium, Natrium, Phosphor und Sauerstoff, die ohnehin im menschlichen Körper vorkommen.

Daher resorbiert der Körper das Material, wodurch das Knochengewebe schnell an die Schichtoberfläche des Gelenkersatzes anwachsen kann. Das geschieht noch besser als mit Hydroxylapatit, ein dem Knochenmineral ähnliches Material, mit dem heutige künstliche Gelenke beschichtet sind. Bisher wird bioaktives Glas nur als Knochenfüllmaterial in der Kieferorthopädie eingesetzt oder für Implantate wie künstliche Mittelohrknochen verwendet, die wenig mechanisch belastet werden.

Als Beschichtung für stabilere Metallimplantate wurde Bioglas bislang nicht eingesetzt. Das Material schmilzt zu langsam, um es als Schicht auf Oberflächen zu spritzen. Eine Lösung wäre, die Größe der Glaspartikel zu verringern, um deren Aufschmelzbarkeit zu verbessern. Dies ist mit dem herkömmlichen Plasmaspritzverfahren nicht realisierbar, da ein solch feines Pulver nicht in den Plasmastrahl befördert werden kann.

Forscher um Andreas Killinger vom Institut für Fertigungstechnologie keramischer Bauteile der Uni Stuttgart hatten die zündende Idee, wie sich dieses Problem lösen lässt: Sie befördern wesentlich kleinere Partikel mit einer Größe von etwa zwei Mikrometer in einer Flüssigkeit mittels einer hydraulischen Pumpe und führen sie einer Brenngasflamme zu, welche die Partikel aufschmilzt und auf Überschall beschleunigt.

Die aufgeschmolzenen Partikel können die Wissenschaftler problemlos auf unterschiedliche Implantatoberflächen, wie Stahl-, Titan- oder Magnesiumlegierungen, aufspritzen. Dieses überschallschnelle Suspensionsflammspritzen genannte Verfahren ist an der Universität Stuttgart inzwischen patentiert.

Ein großer Vorteil des Stuttgarter Verfahrens: die kleineren Partikel der Spritzpulver führen zu wesentlich feineren Schichten, wodurch sich die Schichtdicke sowohl von Bioglas als auch von Hydroxylapatit von 100 Mikrometer mit dem herkömmlichen Verfahren auf 20 Mikrometer reduzieren lässt. Je dünner die Schicht, desto kleiner ist auch der Spalt zwischen Implantatoberfläche und Knochen, der entsteht, wenn der Körper das bioaktive Material resorbiert.

Die Gefahr, dass der Gelenkersatz locker sitzt und entfernt werden muss, ist mit einer dünneren Schicht geringer. Zusammen mit den italienischen Kollegen tüfteln die Stuttgarter daran, die Zusammensetzung des Bioglases so zu modifizieren, dass die Glasschicht noch besser an der Implantatoberfläche haftet und gleichzeitig der Knochen gut an das künstliche Gelenk anwächst. Der Deutsche Akademische Austauschdienst fördert das Projekt im Rahmen des deutsch-italienischen Personenaustauschprogramms VIGONI.

Andrea Mayer-Grenu | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-stuttgart.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund
22.06.2018 | Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF

nachricht Nah dran an der Fiktion: Die Außenhaut für das Raumschiff „Enterprise“?
22.06.2018 | Technische Universität Chemnitz

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

Noch mehr Reichweite oder noch mehr Nutzlast - das wünschen sich Fluggesellschaften für ihre Flugzeuge. Wegen ihrer hohen spezifischen Steifigkeiten und Festigkeiten kommen daher zunehmend leichte Faser-Kunststoff-Verbunde zum Einsatz. Bei Rümpfen oder Tragflächen sind permanent Innovationen in diese Richtung zu beobachten. Um dieses Innovationsfeld auch für Flugzeugräder zu erschließen, hat das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF jetzt ein neues EU-Forschungsvorhaben gestartet. Ziel ist die Entwicklung eines ersten CFK-Bugrads für einen Airbus A320. Dabei wollen die Forscher ein Leichtbaupotential von bis zu 40 Prozent aufzeigen.

Faser-Kunststoff-Verbunde sind in der Luftfahrt bei zahlreichen Bauteilen bereits das Material der Wahl. So liegt beim Airbus A380 der Anteil an...

Im Focus: IT-Sicherheit beim autonomen Fahren

FH St. Pölten entwickelt neue Methode für sicheren Informationsaustausch zwischen Fahrzeugen mittels Funkdaten

Neue technische Errungenschaften wie das Internet der Dinge oder die direkte drahtlose Kommunikation zwischen Objekten erhöhen den Bedarf an effizienter...

Im Focus: Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

Selbstlernende Steuerung für Handprothesen entwickelt. Neues Verfahren lässt Patienten natürlichere Bewegungen gleichzeitig in zwei Achsen durchführen. Forscher der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) veröffentlichen Studie im Wissenschaftsmagazin „Science Robotics“ vom 20. Juni 2018.

Motorisierte Handprothesen sind mittlerweile Stand der Technik bei der Versorgung von Amputationen an der oberen Extremität. Bislang erlauben sie allerdings...

Im Focus: Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern

Die moderne medizinische Bildgebung und neue spektroskopische Verfahren benötigen faserbasierte Lichtquellen, die breitbandiges Laserlicht im nahen und mittleren Infrarotbereich erzeugen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) zeigen in einer aktuellen Veröffentlichung im renommierten Fachblatt Optica, dass sie die optischen Eigenschaften flüssigkeitsgefüllter Fasern und damit die Bandbreite des Laserlichts gezielt über die Umgebungstemperatur steuern können.

Das Besondere an den untersuchten Fasern ist ihr Kern. Er ist mit Kohlenstoffdisulfid gefüllt - einer flüssigen chemischen Verbindung mit hoher optischer...

Im Focus: Temperature-controlled fiber-optic light source with liquid core

In a recent publication in the renowned journal Optica, scientists of Leibniz-Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) in Jena showed that they can accurately control the optical properties of liquid-core fiber lasers and therefore their spectral band width by temperature and pressure tuning.

Already last year, the researchers provided experimental proof of a new dynamic of hybrid solitons– temporally and spectrally stationary light waves resulting...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Leben im Plastikzeitalter: Wie ist ein nachhaltiger Umgang mit Plastik möglich?

21.06.2018 | Veranstaltungen

Kongress BIO-raffiniert X – Neue Wege in der Nutzung biogener Rohstoffe?

21.06.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

22.06.2018 | Materialwissenschaften

Lernen und gleichzeitig Gutes tun? Baufritz macht‘s möglich!

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

GFOS und skip Institut entwickeln gemeinsam Prototyp für Augmented Reality App für die Produktion

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics