100 Jahre Belastung 05.06.2014, 09:40 Uhr

Neues Beschichtungsmaterial Tantal macht Implantate unverwüstlich

Bewegliche Bandscheiben-Implantate, die praktisch nie mehr ausgetauscht werden müssen, haben Schweizer Forscher entwickelt. Dank eines neuen Haftmittels wird der Verschleiß praktisch gestoppt. Im Test an einem speziell entwickelten Gelenksimulator hielten die Implantate mit Tantal-Beschichtung rechnerisch der Belastung von 100 Jahren Bewegung stand. 

Deutlich zu sehen sind die Gebrauchsspuren bei herkömmlichen (r.) und mit DLC beschichteten Bandscheiben-Implantaten. Links im Bild die mit Tantal beschichteten Implantate. Getestet wurde jeweils die Belastung in einer Zeitdauer von 100 Jahren.

Deutlich zu sehen sind die Gebrauchsspuren bei herkömmlichen (r.) und mit DLC beschichteten Bandscheiben-Implantaten. Links im Bild die mit Tantal beschichteten Implantate. Getestet wurde jeweils die Belastung in einer Zeitdauer von 100 Jahren.

Foto: Empa

Wer ein künstliches Knie- oder Hüftgelenk besitzt, muss damit rechnen, dass es aufgrund der begrenzten Lebensdauer nach meist 20 Jahren erneuert werden muss. Dauernde Belastung führt zum Verschleiß des Materials. Doch jeder Austausch ist nicht nur mit einer Operation verbunden. Bei jedem Austausch geht zudem Knochenmaterial verloren. Das neue Gelenk muss daher immer größer werden, um mehr Knochen zu ersetzen.

Top Stellenangebote

Zur Jobbörse
Bundeswehr-Firmenlogo
Leitende Ingenieurin / Leitender Ingenieur (m/w/d) Bundeswehr
verschiedene Standorte Zum Job 
Bundeswehr-Firmenlogo
Leitende Ingenieurin / Leitender Ingenieur (m/w/d) mit Master Bundeswehr
verschiedene Standorte Zum Job 
Bundeswehr-Firmenlogo
Ingenieurin / Ingenieur (m/w/d) mit Bachelor Bundeswehr
verschiedene Standorte Zum Job 
ACONEXT Engineering GmbH-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur Automotive (m/w/d) ACONEXT Engineering GmbH
München Zum Job 
ACONEXT Engineering GmbH-Firmenlogo
Konstrukteur / Technischer Produktdesigner CATIA V5 oder Siemens NX (m/w/d) von Kunststoff- oder Metallbauteilen ACONEXT Engineering GmbH
München Zum Job 
ACONEXT Engineering GmbH-Firmenlogo
Softwaretester Automotive (m/w/d) ACONEXT Engineering GmbH
München Zum Job 
ACONEXT Engineering GmbH-Firmenlogo
Software Entwickler Automotive (m/w/d) ACONEXT Engineering GmbH
München Zum Job 
ACONEXT Engineering GmbH-Firmenlogo
Versuchsingenieur/-techniker zur Erprobung Gesamtfahrzeug und Testing von Komponenten (m/w/d) ACONEXT Engineering GmbH
München, Ingolstadt Zum Job 
Mainova AG-Firmenlogo
Ingenieur (w/m/d) Instandhaltung Mainova AG
Frankfurt am Main Zum Job 
DEKRA Automobil GmbH-Firmenlogo
Sachverständiger Schallschutz und Bauakustik (m/w/d) NRW DEKRA Automobil GmbH
Nordrhein-Westfalen Zum Job 
Richard Hönig Wirtschaftsberatungen-Firmenlogo
Strategischer Einkäufer (w/m/d) Richard Hönig Wirtschaftsberatungen
Südbayern Zum Job 
SWM Services GmbH-Firmenlogo
Projektleitung Mittelspannungsanlagen (m/w/d) SWM Services GmbH
München Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Projektingenieur im Hochbau (w/m/d) Die Autobahn GmbH des Bundes
München Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Projektingenieur Ladeinfrastruktur (w/m/d) im Geschäftsbereich Betrieb und Verkehr Die Autobahn GmbH des Bundes
München Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Projektingenieur im Brückenbau für Neubau-, Ausbau- und Erhaltungsmaßnahmen (w/m/d) Die Autobahn GmbH des Bundes
München Zum Job 
Deutsches Patent- und Markenamt-Firmenlogo
IT-Expertin / IT-Experte (w/m/div) Deutsches Patent- und Markenamt
München Zum Job 
Deutsches Patent- und Markenamt-Firmenlogo
Ingenieurinnen und Ingenieure, Informatikerinnen und Informatiker (technische Informatik) und Naturwissenschaftlerinnen und Naturwissenschaftler (w/m/div) Deutsches Patent- und Markenamt
München Zum Job 
B-Plan GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Ingenieur Dipl.-Ing. / Bachelor / Master Elektrotechnik / Elektrotechniker / Elektromeister (w/m/d) B-Plan GmbH & Co. KG
Leipzig Zum Job 
Airbus-Firmenlogo
#ET7R Avionic Certification Qualification Engineer (d/f/m) Airbus
Donauwörth Zum Job 
OST – Ostschweizer Fachhochschule-Firmenlogo
Professor/in für Regelungstechnik OST – Ostschweizer Fachhochschule
Rapperswil (Schweiz) Zum Job 
Empa-Forscherin Kerstin Thorwarth präsentiert die Technologie für langlebige Bandscheiben-Implantate. Ein Haftvermittler aus Tantal verhindert den Verschleiß der Implantate und macht einen Austausch überflüssig.

Empa-Forscherin Kerstin Thorwarth präsentiert die Technologie für langlebige Bandscheiben-Implantate. Ein Haftvermittler aus Tantal verhindert den Verschleiß der Implantate und macht einen Austausch überflüssig.

Quelle: Empa

Besonders bei Bandscheiben-Implantaten ist das ausgesprochen schwierig. Denn die Nervenbahnen des Rückenmarks liegen zu nahe an den Gewebestrukturen und können bei einer erneuten Operation beschädigt werden. Folglich hilft nur noch eine Versteifung des Gelenkes, was zu starken Bewegungseinschränkungen führt. Dadurch werden die benachbarten Bandscheiben höher beansprucht, die dann im schlimmsten Falle ebenfalls steif gelegt werden müssen.

100 Jahre Einsatz sind möglich

Jetzt ist es Wissenschaftlern der Schweizer Forschungsinstitution Empa der ETH Zürich geglückt, mit dem neuen Beschichtungsmittel Tantal die Lebensdauer von Implantaten dauerhaft zu erhöhen. Auf der Suche nach dem neuen Haftvermittler durchsuchte Empa-Forscherin Kerstin Thorwarth das halbe Periodensystem, bis sie schließlich Tantal erreichte und es erfolgreich testete. Speziell für den Bandscheibentest wurde ein Gelenksimulator konstruiert.

Das Ergebnis: Das Bandscheibenimplantat hielt die Zahl von Bewegungen aus, die über einen Zeitraum von 100 Jahre auf das Implantat einwirken. Dabei kam es weder zu Abrieb noch zu Korrosion. Das Gelenk blieb den ganzen Testzeitraum über voll einsatzfähig.

Prüfstand für Implantate: Auf dem Teststand wurden die Implantate der Bewegungsbelastung von 100 Jahren ausgesetzt.

Prüfstand für Implantate: Auf dem Teststand wurden die Implantate der Bewegungsbelastung von 100 Jahren ausgesetzt.

Quelle: Empa

Bisherige Versuche, die Lebensdauer verschiedener Gelenke zu erhöhen, gingen in der Vergangenheit ziemlich schief. Nach nur acht Jahren kam es zum Versagen von 80 Prozent aller Hüftgelenke, die mit der superharten Beschichtung aus DLC (Diamond-like carbon) überzogen waren. Forscher der Empa-Abteilung „Nanoscale Materials Science“ stellten in ihren Untersuchungen fest, dass es dabei zur Korrosion zwischen der DLC-Schicht und dem Metallkörper kam. „Unser Ziel war es, einen Haftvermittler zu finden, der nicht korrodiert und ein Leben lang im Körper hält“, erklärt Kerstin Thorwarth.

Tantal-Beschichtung auch für andere Implantate

„Die Bandscheibe ist das heikelste Gelenk für Implantate. Weil sich Tantal hierbei so gut bewährt hat, kann das DLC-Projekt nun auf andere Gelenke angewandt werden“, so Thorwarth. Forscher wollen die neue Technologie, also den neuen Haftvermittler in Kombination mit DLC-Beschichtungen, künftig auch bei anderen Gelenken anwenden. 

Ein Beitrag von:

Themen im Artikel

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.