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Kombination aktiver Werkstoffe und additiver Fertigung für alternative Implantatkonzepte

Vortrag gehalten beim MedTech Summit, 21.-22.06.2017, Nürnberg
 
: Rotsch, Christian; Töppel, Thomas; Gille, Katarina; Hunger, Sandra; Werner, Michael; Müller, Bernhard; Lausch, Holger

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presentation urn:nbn:de:0011-n-4526948 (3.2 MByte PDF)
MD5 Fingerprint: 77ef1c5727ef087bd9b78bb41baa61a7
Created on: 29.6.2017


2017, 18 Folien
MedTech Summit <2017, Nürnberg>
German
Presentation, Electronic Publication
Fraunhofer IWU ()
Fraunhofer IKTS ()
smart materials; FGL; Formgedächtnislegierung; Generative Fertigung; Sensorik; Aktorik; Implantat

Abstract
Die stabile und langfristige Verankerung im knöchernen Umfeld ist eine Hauptanforderung an Implantate. Nur so können statische und dynamische Lasten auch dauerhaft übertragen werden. Gerade im Bereich osteoporotisch veränderter Knochenstrukturen ist dies in vielen Fällen nur durch Komponenten mit entsprechend großer wirksamer Kontaktfläche oder auch durch den Einsatz von Knochenzement möglich. Die anatomischen Begebenheiten begrenzen jedoch die einsetzbaren Implantatgeometrien und die Anwendung von Knochenzement kann durch dessen hohe Polymerisationstemperatur Nachteile mit sich bringen. Weiterhin ist die Revisionsfähigkeit des zementierten Implantates eingeschränkt. Gemeinsam mit Projektpartnern arbeitet das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU an der Entwicklung sogenannter adaptiver Implantatsysteme. Durch den Einsatz aktiver Werkstoffe soll ein kraft- und formschlüssiger Kontakt an der Implantat-Knochenschnittstelle erreicht werden. Ziel ist die Realisierung einer optimalen Lastverteilung und langfristig stabilen Verankerung des Implantates im Knochen.Für die Anwendungsbereiche Hüftendoprothetik und Wirbelsäulenchirurgie konnten bereits erste Muster entwickelt und hinsichtlich ihrer Eigenschaften gemeinsam mit klinischen Partnern untersucht werden. Die Funktionsweise ist wie folgt: Nach dem Einsetzen des adaptiven Implantates in das vorbereitete Implantatlager kommt es infolge der Erwärmung auf Körpertemperatur zur thermischen Aktivierung der mittels Laserstrahlschmelzen integrierten Komponenten aus einer Formgedächtnislegierung (FGL). Diese Formänderung wird in Abhängigkeit von der Steifigkeit des umgebenden Gewebes bei der Aktivierung mechanisch behindert. Dieses Prinzip wird als unterdrücktes Formgedächtnis bezeichnet, da die Rückbildung in eine zuvor eingeprägte Ursprungsform durch die vorliegende Reaktionskraft des Knochens behindert wird. Im Ergebnis wird eine zusätzliche Kraft an der Implantat-Knochen-Schnittstelle erzeugt. Diese sorgt für eine hohe Primärstabilität direkt nach der Implantation. Durch die einzigartigen Materialeigenschaften in Kombination mit dem Design können sich die FGL-Komponenten ändernden Lasteinleitungen bzw. auch Knochenumbauprozessen anpassen. Das Implantat bleibt länger stabil im Knochen verankert. In Laboruntersuchungen konnte dies auch bereits erfolgreich nachgewiesen werden. Neben Versuchen in Knochenersatzmaterial bestätigen auch die Untersuchungen an Humanpräparaten die Wirkung der FGL-Aktoren in Bezug auf eine Erhöhung der Verankerungsstabilität des Implantates. Bisher erfolgt die Aktivierung rein passiv durch die Körperwärme. In laufenden Forschungsvorhaben arbeitet das Fraunhofer IWU gemeinsam mit Partnern an der drahtlosen Ansteuerung der Implantate von außen. Somit kann dann perspektivisch das Implantat bei Bedarf durch den Arzt aktiviert werden. Dies wäre ein wichtiger Schritt auf dem Weg zum „lebenslangen Implantat“.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-452694.html