Titan: Forscher entwickeln verschleißarmes Knieimplantat

29.11.2013
Foto: Kniegelenk

Ein menschliches Kniegelenk; © panthermedia.net/alexmit

Menschen werden immer älter. Um trotzdem die Lebensqualität zu erhalten, wachsen die Herausforderungen in der Medizintechnik. Beispielsweise steigt der Bedarf an künstlichen Kniegelenken. Wie lassen sich Verschleiß und Kosten eines solchen Gelenkersatzes reduzieren? Dieser Frage gehen Clausthaler Materialwissenschaftler in einem neuen Verbundprojekt nach.

Mit zwei Millionen Euro wird das Projekt „Osteofit – ein verschleißarmes knocheninduktives Knie-Implantatsystem auf Basis von Titan“ durch das Bundesforschungsministerium gefördert. Etwa ein Drittel davon entfällt auf das Institut für Werkstoffkunde und Werkstofftechnik (IWW) der TU Clausthal, das von Professor Lothar Wagner geleitet wird. Gemeinsam mit Partnern aus Wirtschaft und Wissenschaft verfolgen die Forscher in dem Vorhaben mehrere Ziele. So wollen sie das Einwachsverhalten der Implantate verbessern, aseptische Lockerungen, also Instabilitäten, die beispielsweise durch Abrieb verursacht werden, und allergische Reaktionen auf die benutzten Materialien verringern. Zugleich sollen die bisher hohen Herstellungskosten herabgesetzt werden.

Welcher wissenschaftliche Ansatz steckt dahinter? Bisher bestehen die Knieprothesen, die zwischen Ober- und Unterschenkelknochen eingepasst werden, zumeist aus Kobalt-Chromlegierungen. „In dem neuen Projekt soll geklärt werden, ob es technologisch möglich ist, durch Schleuderguss ein Kniegelenkersatz aus der für chirurgische Implantate verwendeten Titanlegierung Ti-6Al-4V herzustellen“, erklärt Dr. Manfred Wollmann. Der Werkstoff Titan zeichnet sich durch hohe Festigkeit und Biokompatibilität aus. „Anschließende ortsspezifische Oberflächenbehandlungen, auch auf der knochenzugewandten Fläche, sollen zusätzlich zu einer verbesserten Integration des Implantats und einer längeren Lebensdauer führen“, ergänzt Diplom-Ingenieur Ulrich Raab. Bisherige Knieprothesen, die im Stolperfall das 20-fache des Körpergewichts aushalten müssen, werden derzeit nach zehn bis zwölf Jahren gewechselt.

Gemeinsam mit dem Projektträger, dem Verein Deutscher Ingenieure (VDI), haben sich alle Teilnehmer viel vorgenommen. Innerhalb der kommenden drei Jahre soll ein marktreifes Medizinprodukt entwickelt werden. Die Projektpartner decken deshalb die gesamte Wertschöpfungskette von der Entwicklung der Gusstechnologie bis zur Fertigung und Erprobung der Knieimplantate ab.

Die an der TU vorgesehenen Arbeiten werden im Rahmen des Clausthaler Zentrums für Materialtechnik umgesetzt. Sie umfassen zum einen die Charakterisierung und Optimierung des Gussgefüges durch Wärmebehandlung. Daneben beschäftigen sich die Forscher damit, das für den Verwendungszweck geeignete Oberflächenprofil zu generieren und zu verfestigen. Sie schaffen so die Grundlage für eine innovative Verschleißschutzschicht durch Stickstoff-Ionenimplantation. Schließlich werden die fertigen Kniegelenke im Harz auf Ermüdung und Verschleißverhalten getestet. Für diese Versuche hat der VDI zusätzliche Mittel für einen biaxialen Prüfstand bewilligt. Die neue Anlage soll den medizintechnischen Bereich am Institut von Professor Wagner auch grundsätzlich stärken. Denn der Bedarf an technologischen Verbesserungen auf dem Gebiet von Implantaten wird, da ist sich die Fachwelt einig, insgesamt zunehmen.

COMPAMED.de; Quelle: Technische Universität Clausthal