Lasergenerierte Nanomaterialien für bioaktive Implantate

Implantate werden eingesetzt, um fehlerhafte Körperfunktionen zu ersetzen und
müssen dementsprechend aus Materialien bestehen, die eine zuverlässige Funktion
und Langzeitstabilität gewährleisten. Dies kann über eine Ausstattung der Implantatmaterialien
mit bioaktiven Effekten, die gezielt Zellen der Implantatumgebung
beeinflussen, ermöglicht werden. In diesem Zusammenhang bieten Nanomaterialien
ein enormes Potential zur Verbesserung medizinischer Implantatwerkstoffe. Ein vielversprechender
Ansatz ist die Verwendung lasergenerierter anorganischer Nanopartikel
zur Modifizierung von Metalloberflächen bzw. von Kunststoffen. Die Herstellung,
Anwendung und biologische Wirkung dieser neuen Nanomaterialien wurde
beispielhaft an zwei medizinischen Fragestellungen, dem Nickel-Titan- und Cochlea-
Implantat, untersucht.
Zur Topographieänderung von NiTi-Oberflächen für Knochenimplantate wurden NiTi-
Nanopartikel in wässrigen und organischen Lösungsmitteln hergestellt und hinsichtlich
Stabilität und Mobilität untersucht. Mittels Eintauchverfahren und elektrophoretischer
Abscheidung der geladenen NiTi-Nanopartikel konnten NiTi-Folien mit einer
Nanostrukturierung versehen werden. Ohne adverse Reaktionen auf Zellen auszulösen,
konnte über diese Beschichtung ein verbessertes räumliches Wachstum
von Stammzellen bewirkt werden. Dies ist wesentlich für die Differenzierung in
Knochenzellen und für ein optimales Einwachsen von Implantaten.
Die Volumenmodifikation von Polymeren wurde am Beispiel der Einbettung von
Silber- und Kupfer-Nanopartikeln in eine Silikonmatrix untersucht. Die Nanopartikel
sorgen hierbei für eine Langzeit-Freisetzung bioaktiver Metallionen durch ihre langsame
Auflösung im Komposit. Grundlegende Untersuchungen zur Herstellung, Produktivitätserhöhung,
Stabilität und Verteilung der Nanopartikel in der Silikonmatrix
wurden durchgeführt. Die Metallionen-freisetzungsbestimmenden Mechanismen wie
Diffusion in der Anfangszeit und Korrosion als Langzeitmechanismus konnten
erstmals für Nanopartikel-Silikonkomposite definiert werden. Ergebnisse zur Kontrolle
der Freisetzung über den Füllgrad sowie über elektrochemische Einflüsse
durch die Einbettung von Nanopartikelmaterialkombinationen ermöglichen eine
implantatspezifische Ausstattung mit bioaktiven Effekten.
Diese Ergebnisse belegen, dass mit lasergenerierten Nanomaterialien eine Herstellung
bioaktiver Implantate möglich ist und eine wesentliche Verbesserung in der
Langzeitstabilität und –wirkung der Implantate erzielt werden kann.