Entwicklung und Charakterisierung offenporiger metallischer Implantatstrukturen mit biologischer Reaktionsschicht

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Obgleich die Natur in vielfältiger Weise zelluläre Materialien für Strukturkomponenten, wie Knochen oder Holz, einsetzt, werden biomedizinische Implantate häufig aus Vollmaterial ausgeführt. Dies hat neben einem relativ hohen Gewicht entscheidende Nachteile hinsichtlich einer späteren ausgewogenen Osteogenese (Knochenneubildung) zur Folge.

Vor diesem Hintergrund werden im Rahmen des laufenden Vorhabens maßgeschneiderte Materialverbunde, bestehend aus einer offenporigen, der Spongiosa-Architektur des Knochens sehr ähnlichen Struktur (Bild 1) in Verbindung mit einer keramischen bioaktiven Reaktionsschicht, entwickelt und hinsichtlich ihrer mechanischen und biokompatiblen Eigenschaften charakterisiert und optimiert.

Das mit vier Projektpartnern interdisziplinär angelegte Gesamtvorhaben gliedert sich in vier eng miteinander verzahnte Teilschritte:

• Feingießtechnische Herstellung offenporiger Metallschwämme,
• Aufbringen biokompatibler Reaktionsschichten und
• In-vitro und in-vivo-Analyse der Biokompatibilität sowie
• Experimentelle und modellmäßige Charakterisierung der biomechanischen Langzeitfunktionalität.

Zu diesem Zweck werden neben speziell angepassten Methoden  der mechanischen Materialprüfung und Mikrostrukturanalyseverfahren, wie u. a. die analytische Rasterelektronenmikroskopie, detaillierte Experimente zum Nachweis der Biokompatibilität und der osteokonduktiven Wirkung der entwickelten Zellularstrukturen anhand von Klein- (Ratte) und Großtiermodellen (Schaf) durchgeführt.

Mit Projektabschluss wird ein neues Verfahren vorliegen, mit dem die Herstellung  der durch Rapid Prototyping exakt anpassbaren und sowohl biochemisch als auch physikalisch biokompatiblen Implantatkörper möglich ist.

Projektleitung:

Prof. Dr.-Ing. habil. Ulrich Krupp, u.krupp@hs-osnabrueck.de,Tel.: 0541 969-2188

Prof. Dr.-Ing. Wilhelm Michels, w.michels@hs-osnabrueck.de, Tel.: 0541 969-3104

Kooperationspartner:

Institut für Werkstofftechnik der Universität Siegen,

Gießerei-Institut der RWTH Aachen,

Bundesanstalt für Materialforschung und Materialprüfung (BAM),

Universitätsklinikum Gießen Marburg

Wiss. Mitarbeiter:

Mustafa Altinidis, M.Sc., Teodolitu Guillen, M.Sc.

Projektdauer:

10/2007 bis 9/2012

Finanzierung:

Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)