Verbundprojekt: Resorbierbare Implantatwerkstoffe auf Basis von Mg-Faserstrukturen - REFAMAG: Teilprojekt 2: Entwicklung und Herstellung von Mg-Faserstrukturen

Im medizinischen Bereich (Orthopädie) besteht ein hoher Bedarf an resorbierbaren Implantaten zur Heilung von Knorpel- und Knochendefekten. Die Anforderungen an ein solches Implantat sind sehr vielschichtig. Orientieren an diesem Bedarf besteht die Gesamtzielstellung des Verbundprojektes, eine Implantatwerkstoff aus einer hochporösen, offenzelligen, mechanisch stabilen Struktur aufzubauen, der gut in das Gewebe einwächst und sich in einer Zeit, in der der Knochendefekt ausheilen kann, wieder abbaut (erwünschte Degradation). Weitere Anforderungen an den Werkstoff sind eine hohe Biokompatibilität und ausreichende Primärfestigkeit. Bisherige Entwicklungen zeigten, dass bestimmte poröse Mg-Legierungen in kurzen Zeiten im Gewebe abbaubar sind. Problematisch in früheren Arbeiten waren verfahrensbedingt in der Struktur verbliebene, gewebeschädliche Reststoffe, die u. a. zu hohen initialen Korrosionsraten führen können. Um diese im Sinne der gewünschten Degradation im Körpergewebe zu senken, werden gezielt entwickelte Mg-Legierungen in Betracht gezogen. Es wurde gezeigt, dass poröses Magnesium aus Kurzfasern durch Sintern mit Flüssigphasenanteil erfolgreich hergestellt werden kann. Die Herstellung der Kurzfasern über Schnellabkühlung (Tiegelschmelzextraktion) führt zu hochreinen Fasern und nach dem Sintern zu einem sehr feinkörnigen Gefüge. Die mechanischen Eigenschaften können variiert und damit an die spezifischen Anforderungen angepasst werden durch die Wahl der Porosität, der Legierungszusammensetzung und der Belastungsrichtung. Es wird eingeschätzt, dass die gesinterten, hochporösen Mg-Faserstrukturen aus den Legierung W4 und WZ21 bei hoher mechanischer Stabilität und ausreichender Anfangsfestigkeit einen moderaten Korrosionsverlauf aufweisen. Sie sind damit ein geeigneter Kandidat für den Einsatz als degradierbarer Implantatwerkstoff. Die Druckfestigkeit der porösen Faserstrukturen (Porosität von 60 - 75 %) liegt im Bereich des spongiösen Knochens. Die aus der Wasserstoffentwicklung gemessene und normierte Korrosions rate ist niedriger als für das kompakte, aus dem Schmelzingot hergestellte Material und sie kann durch Oberflächenmodifizierung, wie Oxidation, reduziert werden. Die Wasserstoffentwicklung ist ein einfach zu messender Indikator für die Magnesiumkorrosion und kann sinnvoll ergänzt werden durch weitere Methoden, wie beispielsweise die Messung des Masseverlustes. Es konnte gezeigt werden, dass die Herstellung von Proben definierter Abmessungen sowohl durch mechanische Bearbeitung als auch mittels Laserschneiden machbar ist. Die Werkstoffspezifik erfordert eine trockene mechanische Bearbeitung bzw. das Laserschneiden unter Argon als Schutzgas. Welche Methode zum Einsatz kommt, wird hauptsächlich durch die gewünschte Geometrie und Einsatzparameter (Anzahl; Abmessungen; Oberflächengüte) bestimmt.