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HZDR entdeckt 1_2012

entdeckt 01.12 Forschung WWW.Hzdr.DE bieten, jetzt soll ihr Wissen zu einer neuen Generation von Gelenkimplantaten führen. Durch die Implantation von Ionen sollen Knie- und Hüftprothesen viel haltbarer werden als sie es derzeit sind. Beim Verfahren der Ionenimplantation werden chemische Elemente ionisiert und dann im Linearbeschleuniger mit hoher Energie in Materialoberflächen hinein geschossen. Welche Elemente zum Einsatz kommen, welche Dosis gewählt wird und bis in welche Nanometer-Tiefe die Ionen hineingebracht werden, hängt letztlich von der gewünschten Wirkung und den Eigenschaften ab, die das Gelenkmaterial bekommen soll. Andreas Kolitsch veranschaulicht das Procedere am Beispiel Stickstoff, der für eine größere Abriebfestigkeit sorgen kann. Wird in eine Titanlegierung ein Stickstoff-Ion hineingeschos- sen, so entsteht Titannitrid. Solche Beschichtungen weisen durchaus auch handelsübliche Bohrer auf, die im Baumarkt an den goldfarbenen Spitzen zu erkennen sind. Nur sind diese Beschichtungen für ein Kniegelenk nicht geeignet, weil sich die Schicht auf längere Sicht lösen kann. Bei der Implantation der Stickstoff-Ionen in die Titanoberfläche werden die Ionen dagegen Teil des Werkstoffs und geben ihm die gewünschte Festigkeit. Ein zweites Beispiel: besonders am Schaft künstlicher Ge- lenke kommt es durch Bakterien häufig zu entzündlichen Pro- zessen. Kupfer- und Silber-Ionen sollen hier Abhilfe schaffen. Die implantierten Ionen sorgen für eine hohe antibakterielle Wirkung. Das Gelenkmaterial ist von sich aus in der Lage, Bak- terien in Schach zu halten. Schließlich müssen künstliche Gelenke über eine gute Bio- kompatibilität verfügen, um dauerhaft im Knochen anzuwach- sen. Diesen Prozess sollen implantierte Kalzium- und Phos- phor-Ionen befördern. Eine Beschichtung mit kalzium- und phosphorhaltigen Apatiten zur Verbesserung des Knochenein- baus ist durchaus schon üblich. Durch Ionenimplantation soll das Produkt jetzt wesentlich sicherer gemacht werden. Komplettlösungen dank zielgerichteter Kombination Die Eigenschaften künstlicher Gelenke auf den einzelnen Gebieten zu verbessern, wäre zweifellos schon ein Fortschritt. Das Verfahren der Ionenimplantation macht aber viel mehr möglich: In den Teil des künstlichen Gelenks, wo die antibak- terielle Wirkung gefragt ist, werden Kupfer- und Silber-Ionen eingebracht. Dort, wo es um Verschleißschutz geht, wird Stickstoff implantiert. Und für das bessere Anwachsverhalten sorgen Kalzium- und Phosphor-Ionen. Eine Ko-Implantation verschiedener Ionen in ein und dasselbe Gelenk sorgt für die angestrebte Komplettlösung. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vom Helm- holtz-Zentrum in Dresden sind mit ihren Forschungen für die neuartigen Knie- und Hüftgelenke Teil eines Spitzencluster- Projektes im Raum Nürnberg. Mediziner der Universität Ulm übernehmen die in Rossendorf präparierten Materialproben und überprüfen Zellanwachs-Verhalten (Biokompatibilität) IONENIMPLANTATION: Mario Steinert (re.) und Christian Frenzel an einer Anlage für die Beschichtung von medizinischen Implan- taten. Foto: Frank Bierstedt

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