Im COMPAMED SUPPLIERS FORUM by DeviceMed ging es am Montagnachmittag um die "Hochleistungskeramik in der Medizintechnik". COMPAMED.de sprach mit Andreas Rempp über diese Keramiken, wie sie entstehen und was sie in Zukunft noch für die Medizintechnik tun können.
Herr Rempp, was verstehen Sie unter dem Begriff "Hochleistungskeramik"?
Andreas Rempp: Das sind solche Keramiken, die durch hochwertige Rohstoffe und verschiedene Fertigungsverfahren, auf die CeramTec sich spezialisiert hat, Eigenschaften erlangen, die mit anderen Werkstoffen nicht erreichbar sind. Sie können beispielsweise eine viel höhere Härte, Verschleißbeständigkeit und chemische Beständigkeit haben. Außerdem eine sehr hohe Festigkeit – das heißt, die Belastbarkeit, bevor das Material bricht, wurde extrem gesteigert. Wir können Keramiken für den Einsatz bei sehr hohen Temperaturen bereitstellen, ebenso mit besonderen optischen oder elektrischen Eigenschaften. Sehr interessant sind auch Funktionseigenschaften, zum Beispiel bei Piezokeramiken, die sich durch elektrische Impulse ausdehnen oder kontrahieren. Hochleistungskeramiken sind damit eine sehr breite Werkstoffklasse, die bei extremen Anforderungen große Vorteile gegenüber konventionellen Werkstoffen wie Kunststoffen oder Metallen aufweisen.
Wo kommen diese in der Medizintechnik zum Einsatz?
Rempp: Das prominenteste Beispiel ist aus unserer Sicht die Hüftgelenk-Endoprothese, bestehend aus einer Gleitpaarung aus einem keramischen Kugelkopf und dem Insert als Gegenstück. Sie soll im Idealfall nach der Implantation für den Rest des Lebens des Patienten ohne Komplikationen seine Funktionalität erhalten. Ein künstliches Gelenk kann sich natürlich nicht selbst regenerieren wie ein natürliches Gelenk aus Knorpel und Knochen. Keramik ist aber sehr hart und verschleißfest sowie chemisch inert und korrosionsbeständig, bringt also beste Voraussetzungen für eine lange Lebensdauer mit sich. Außerdem hat sie sehr gute Gleiteigenschaften, weil ihre Oberfläche gut benetzt wird. Nicht zuletzt werden unsere Bauteile hochpräzise und mit einem extrem guten Oberflächenfinishing produziert. Diese Eigenschaften führen dazu, dass Keramik sich immer mehr zum Standardwerkstoff für künstliche Gelenke entwickelt.
Wie wird dieser Werkstoff denn für den Einsatz in der Endoprothese verarbeitet?
Rempp: Entscheidend ist die Rezeptur, denn viele unserer Keramiken sind Verbundwerkstoffe, beispielsweise aus Aluminiumoxid, Zirkonoxid und weiteren Additiven. Wir erreichen über die richtige Mischung genau die von uns gewünschten Eigenschaften. Die Rohstoffe werden zunächst gemahlen, dann gepresst und vorgeformt, anschließend bei Temperaturen über 1.500 Grad gebrannt und bei einem Druck von über 1.000 Bar verdichtet. Danach erfolgt eine aufwendige Nachbearbeitung, bei der wir das Stück mit Diamantwerkzeugen in die richtige Form und Oberflächenqualität für eine Endoprothese bringen. Diese aufwendige Prozedur ist erforderlich für die exzellenten Werkstoffeigenschaften. Sehr wichtig ist außerdem die hundertprozentige Endkontrolle all unserer Bauteile für medizinische Anwendungen.
Wohin wird sich der Einsatz von Keramik in der Medizintechnik noch entwickeln?
Rempp: Bisher war das spröde Bruchverhalten der Keramik ein Handicap für eine breitere Anwendung. Bei Metallen kündigt sich die Überlastung häufig frühzeitig durch plastische Verformung an, während Keramiken bei Überlastung ohne "Vorwarnung" spröde brechen könnten. Das hat bisher viele Anwendungen für Keramiken verhindert. Wir haben sehr viel Forschung und Entwicklung betrieben, um Keramiken zu erhalten, die eine ausreichende Festigkeit und hohe Sicherheitsreserven bereitstellen und ähnlich belastbar sind wie hochfeste Metalle. Ich denke, dass überall dort, wo hochbelastbare Bauteile benötigt werden, Metalle aber Nachteile aufweisen, Keramiken diese Rolle übernehmen werden. Ein wichtiges Beispiel sind Anwendungen, bei denen bildgebende Diagnosen wie Röntgenografie oder Magnetresonanz erforderlich sind. Hier können Metalle die Bildgebungsverfahren stören, Keramiken machen das nicht.
Die oben genannten Piezokeramiken kommen für eine Vielzahl von Funktionsanwendungen in Frage, beispielsweise in Zerstäubersystemen für Inhalatoren.
Wir registrieren einen ständig steigenden Bedarf an Werkstoffen mit verbesserten Eigenschaften bezüglich Biokompatibilität, Belastbarkeit und Lebensdauer und erhalten immer wieder neue Anfragen zu entsprechenden keramischen Komponenten, in und außerhalb des menschlichen Körpers. Daher sind wir sehr zuversichtlich, auf Basis unserer breiten Werkstoffexpertise und unserer langjährigen Erfahrungen im medizinischen Umfeld neue Anwendungsfelder erschließen zu können.
