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Implantate: Titanschaum als Knochenersatz

Metallschaum aus Titan
Auch aus Schaum lassen sich Implantate aufbauen, die es mit der Belastbarkeit unserer Knochen aufnehmen – sofern die Schäume aus Titan bestehen. Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung in Dresden haben ein Verfahren entwickelt und getestet, mit dem sich aus dem in der Medizin beliebten Werkstoff ein Implantat herstellen lässt, das in Form und Eigenschaften der schwammartigen Knochensubstanz sehr nahe kommt.

Durch dessen Struktur könnten nicht nur Knochenzellen und Blutgefäße in den implantierten Fremdkörper einwachsen, berichtet Studienleiter Peter Quadbeck, der Schaum würde auch ein häufiges Problem massiver Titanstücke umgehen: Das herkömmliche Material sei so steif, dass es zu viel Belastung auf sich nehme. Angrenzende Teile erhaltener Knochensubstanz würden dadurch zur Arbeitslosigkeit verdammt und sich zurückbilden. Im schlimmsten Fall müssten lockere Implantate ausgetauscht werden.

Metallschaum aus Titan | Einer der Vorteile des Titanschaums ist es, Knochenzellen und Blutgefäßen dabei zu helfen, ins Implantat einzuwachsen. Dadurch verbessert sich die Bindung zur erhaltenen Knochensubstanz. Bei massiven Titan-Implantaten wird dies derzeit durch eine geeignete Oberflächenstrukturiereung versucht.
Die mechanischen Eigenschaften der Titanschäume hingegen kämen denen des menschlichen Knochens sehr nahe, berichtet Quadbeck, vor allem was die Balance zwischen hoher Festigkeit und geringer Steifigkeit angehe. "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", erklärt der Forscher.

Die knochenähnliche Schwammstruktur ihrer Werkstücke produzierten die Forscher, indem sie einen offenzelligen Polyurethan-Schaum mit Bindemitteln und Titanpulver versetzten. Das Metall lagerte sich daraufhin rund um die Poren an. Anschließend verdampften Quadbeck und Kollegen die Stützkonstruktion und unterzogen das Werkstück einer Wärmebehandlung, dem so genannten Sintern. Zurück blieb ein Werkstück aus reinem Titan. (jd)

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