Einsatz aktiver Materialien am Beispiel eines adaptiven Implantates für die Wirbelsäule

Im Rahmen der durchgeführten Studie wurde das Potential von sogenannten Formgedächtnislegierungen (FGL) im Bereich der Implantatverankerung überprüft. Diese wurden in neuartige Schraubensysteme direkt an der Knochen-Implantat-Schnittstelle integriert und sollen durch die Oberflächenvergrößerung insbesondere im Wirbelkörperfortsatz eine verbesserte Verankerungsstabilität auch in geschädigten bzw. degenerativ veränderten Knochenstrukturen ermöglichen. Sie stellen somit mehr als nur eine Alternative zur Verankerung mittels Knochenzement dar. Im Fraunhofer IWU wurde zunächst der Einfluss verschiedener Oberflächenstrukturen auf die Verankerungsstabilität untersucht. Hierauf aufbauend wurde ein Verankerungskonzept entwickelt, dessen Funktionalität sowohl im Knochenersatzmaterial als auch in humanen Präparaten gemeinsam mit dem Institut für Anatomie der Universität Leipzig und der Klinik und Poliklinik für Neurochirurgie des Universitätsklinikum Carl Gustav Carus Dresden überprüft wurde. Parallel zu den durchgeführten Untersuchungen wurde die numerische Abbildung des Verankerungselementes umgesetzt. Hierbei erfolgte ein ständiger Abgleich zwischen Simulation und Experiment. Als Ergebnis konnte gezeigt werden, dass Formgedächtnismaterialien ein hohes Potential haben, die Verankerungsstabilität von Implantatkomponenten signifikant zu verbessern. Im untersuchten Beispiel wurden die funktionalen Komponenten aus Formgedächtnismaterialien in eine Pedikelschraube (Wirbelkörperfortsatz) integriert, um deren Verankerungsstabilität zu erhöhen. Eine Steigerung der Auszugskraft aus Knochenersatzmaterial um 25 % konnte nachgewiesen werden.