Medizintechnik

Laserpolitur beschleunigt Oberflächenfinish von Implantaten

Eine große Rolle beim erfolgreichen Einsetzen eines Implantats spielt dessen Oberflächenbeschaffenheit. Beispielsweise erfordern Knochenimplantate eine poröse Struktur, damit Zellen gut einwachsen können. Andere Implantate wiederum benötigen eine möglichst glatte Oberfläche, damit sich daran keine Bakterien ansiedeln können und das umliegende Gewebe nicht beschädigt wird. Diese Implantate sind Forschungsgegenstand des BMWi-geförderten Projekts »MediSurf«, das im September 2012 seinen Abschluss gefunden hat. Ein Konsortium von sieben Projektpartnern stellte sich unter der Leitung des ILT der Aufgabe, die Fertigungszeit von dentalen und blutführenden Implantaten zu senken bei hoher Bio- und Hämokompatibilität der Bauteile.

Unbehandeltes und laserpoliertes Herzunterstützungssystem aus Titan.
© Foto Fraunhofer ILT, Aachen

Unbehandeltes und laserpoliertes Herzunterstützungssystem aus Titan.

Der Forschungsschwerpunkt am Fraunhofer ILT in Aachen bildete die Oberflächenoptimierung eines Herzunterstützungssystems aus Titan mit dem Ziel, dessen Fertigungszeit zu senken und gleichzeitig eine hohe Hämokompatibilität zu garantieren. Das bedeutet, dass Blutkörper in geringstmöglichem Maß vom Implantat geschädigt werden oder sich an ihm festsetzen können, so dass unter anderem die Entstehung von Thromben stark reduziert und somit das Herzinfarkt- und Schlaganfallrisiko signifikant gesenkt werden kann. Zunächst musste hierzu die Frage geklärt werden, ob eine laserbasierte Oberflächenpolitur dieselbe Hämokompatibilität erreichen kann wie die konventionell eingesetzte manuelle Politur. Forscher des Fraunhofer ILT haben dafür ein Verfahren zur Laserpolitur blutführender Implantate entwickelt. »Es ist uns gelungen, die Mikrorauheit der Oberfläche so zu reduzieren, dass das Implantat eine bestmögliche Hämokompatibilität aufweist. Allerdings gab es im Vorfeld keine Informationen darüber, wie die Oberfläche zu diesem Zweck beschaffen sein muss«, erklärt Projektleiter Christian Nüsser vom Fraunhofer ILT. »So mussten wir viele verschiedene Parameter erproben, um das gewünschte Ergebnis zu erreichen.«

Laserpolitur: schneller, sauberer und umweltfreundlicher

Getestet wurden die Implantate auf ihre Hämokompatibilität schließlich vom Universitätsklinikum Münster. Das Resultat: Laserpolierte Implantate weisen dieselbe Hämokompatibilität auf wie manuell polierte. Jedoch ist die Laserpolitur rund 30-40 Mal schneller als die manuelle Politur. Bei einer großen Losgröße bedeutet dies eine enorme Senkung der Produktionskosten. Zudem weist die Laserpolitur eine wesentlich höhere Reproduzierbarkeit und Geometrietreue auf. Ein weiterer Vorteil: Da eine Laserpolitur ohne Polier- und Schleifmittel auskommt, ist sie sauberer und umweltfreundlicher als konventionelle Verfahren.

Maschinentechnik für die industrielle Serienfertigung

Neben dem Polierverfahren wurde am Fraunhofer ILT auch eine Prototypenanlage für die automatisierte Laserpolitur von Implantaten entwickelt. Dazu hat das Team um Christian Nüsser eine Glovebox erstmals mit einem 6-Achs-Knickarm-Roboter ausgerüstet, der die Implantate greifen und ein Magazin eigenständig abarbeiten kann.