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Langlebige Prothesen und Implantate

Langlebige Prothesen und Implantate
Autor: Laura Kaiser, Sarah Werner
Quelle:

PKM-Presse

Datum: 03.08.2016

„Zahnausfall ist nicht nur ein Problem für ältere Menschen, auch Jüngere, die zum Beispiel mit Diabetes oder einer schlechten Knochensubstanz zu kämpfen haben, verlieren ihre Zähne oft viel zu früh“, so Dr. Peter Thissen vom Institut für Funktionelle Grenzflächen (IFG) am KIT. Dann führt der Weg zum Zahnarzt, um sich Implantate oder Prothesen einsetzten zu lassen. Hierfür werden künstliche Verankerungen benötigt, die mit dem Knochen- und Zahnmaterial dauerhaft verbunden sein müssen. Für diese Verbindungen werden in der Regel Schrauben benutzt. Jedoch können sich diese lockern oder verkanten, wodurch möglicherweise Schmerzen oder Einschränkungen in der Beweglichkeit des Prothesenträgers entstehen könnten.

Auf der Suche nach der optimalen Prothesenvariante arbeiten Medizintechniker an neuen Lösungen. Eine davon ist die Beschichtung der Schrauben mit Hydroxylapatit, einer Art Klebstoff oder Zement, der für besseren Halt sorgen soll. Allerdings ist das Verfahren sehr aufwendig und die Zugfestigkeit der Verbindung ist oft gering.

Die Wissenschaftler des IFG haben nun ein neues Verfahren entwickelt, in dem sie Hydroxylapatit auf Siliziumoberflächen aufwachsen lassen und damit eine Verbindung auf atomarer, also kleinster Ebene schaffen. „Diese Hydroxylapatitschicht hat eine kristalline Struktur, die dem menschlichen Zahnschmelz ähnelt. Ihre Oberfläche ist rau und porös, sodass Biomaterial einwachsen kann. Das Trägermaterial für die Prothese könnte dann eine Legierung aus Titan und Silizium sein“, erläutert Dr. Thissen. Das Verfahren sei ein großer Schritt in Richtung langlebiger und kostengünstiger Prothesen- und Implantat-Materialien. 

Reibung und Verschleiß verstehen – Heisenberg-Professur am KIT

„Reibung und Verschleiß sind häufig unerwünschte Nebenerscheinungen in Systemen, in denen bewegte Teile aufeinandertreffen“, sagt Martin Dienwiebel, Professor für Angewandte Nanotribologie am KIT. „Sie können zu enormen Material- und Energieverlusten führen.“ Um diese zu verringern und tribologische Systeme effizienter zu gestalten, erforscht der Materialwissenschaftler grundlegende Mechanismen, die zu Reibung und Verschleiß führen: „Es geht darum, diese bereits während des Prozesses messbar zu machen und mathematisch zu beschreiben“. So könnten die Wissenschaftler die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer beweglicher Bauteile etwa in Verbrennungsmotoren, Turbinen oder auch Prothesen verbessern. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft fördert Dienwiebels Forschung zur Nanotribologie mit einer Heisenberg-Professur. Diese ermöglicht es exzellenten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, ihr Forschungsgebiet an einer Hochschule neu zu etablieren. Das KIT arbeiten im Bereich der Tribologie eng mit dem Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM zusammen: Im „MikroTribologie Centrum“ erforschen sie grundlegende wissenschaftliche Aspekte von Reib- und Verschleißprozessen in Bauteilen, welche die Wirtschaftlichkeit und Zuverlässigkeit technischer Systeme beeinträchtigen. Mit der Professur wollen KIT und IWM das Lehrangebot zur Tribologie in den Masterstudiengänge „Maschinenbau“ sowie „Materialwissenschaft und Werkstofftechnik“ erweitern und das Thema Nanotribologie aufnehmen.