Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) arbeitet zusammen mit der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH) an einem neuen Projekt mit dem Ziel, durch Formgedächtnislegierungen (FGL) die Knochenheilung positiv zu beeinflussen.
Knochenheilung wird durch die lokale Blutversorgung, Wachstumsfaktoren und Hormone, aber auch durch mechanische Stimuli beeinflusst. "Normale" Implantate an Knochen können aber ihre mechanischen Eigenschaften (Steifigkeit, Länge, Versatz, etc.) nicht ohne einen operativen Eingriff verändern.
Mit FGL ist es möglich, Formveränderungen durch Wärme zu induzieren. Eine Induktionsspule kann beispielsweise einen Stromfluss in elektrisch leitenden Werkstoffen (Wirbelstrom) induzieren, um berührungslos das FGL-Bauteil zu erwärmen und den Formgedächtnis-Effekt in den Implantaten auszulösen. So sollen die erwünschten Stimuli für eine bessere Knochenheilung erzeugt werden.
Zunächst werden einzelne FGL-Elemente mittels Laserstrahl zugeschnitten. Anschließend erfolgt die Formgebung der Elemente. Eine Laser-Leistungsregelung mit pyrometrischer Temperaturmessung gewährleistet das Einhalten der erforderlichen Temperaturregime. Abschließend werden die Einzelteile mit einem laserbasierten Verfahren zum vollständigen Implantat zusammengefügt, um zu verhindern, dass der Formgedächtnis-Effekt durch die Wärmebelastung vorzeitig ausgelöst wird. Nach der Implantatfertigung sollen Festigkeit, Elastizität und Haltbarkeit der FG-Effekte untersucht werden.
In einem nächsten Schritt werden die Parameter zur Optimierung der Induktionswärmung definiert und die Veränderungen der Implantat-Steifigkeit gemessen. Hierbei gilt es, ein enges Temperaturfeld zwischen Körpertemperatur und 60°C einzuhalten, um etwaige Nebenwirkungen der Induktion auf Knochen- und Weichgewebe zu vermeiden. In der dritten Projektphase werden die Effekte auf die Knochenheilung und das Infektionsrisiko evaluiert.
Das Projekt wird im Rahmen des Sonderforschungsbereiches 599 „Zukunftsfähige bioresorbierbare und permanente Implantate aus metallischen und keramischen Werkstoffen“ gemeinsam mit der Unfallchirurgischen Klinik und der Orthopädischen Klinik der MHH durchgeführt und von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) unterstützt.
Knochenheilung wird durch die lokale Blutversorgung, Wachstumsfaktoren und Hormone, aber auch durch mechanische Stimuli beeinflusst. "Normale" Implantate an Knochen können aber ihre mechanischen Eigenschaften (Steifigkeit, Länge, Versatz, etc.) nicht ohne einen operativen Eingriff verändern.
Mit FGL ist es möglich, Formveränderungen durch Wärme zu induzieren. Eine Induktionsspule kann beispielsweise einen Stromfluss in elektrisch leitenden Werkstoffen (Wirbelstrom) induzieren, um berührungslos das FGL-Bauteil zu erwärmen und den Formgedächtnis-Effekt in den Implantaten auszulösen. So sollen die erwünschten Stimuli für eine bessere Knochenheilung erzeugt werden.
Zunächst werden einzelne FGL-Elemente mittels Laserstrahl zugeschnitten. Anschließend erfolgt die Formgebung der Elemente. Eine Laser-Leistungsregelung mit pyrometrischer Temperaturmessung gewährleistet das Einhalten der erforderlichen Temperaturregime. Abschließend werden die Einzelteile mit einem laserbasierten Verfahren zum vollständigen Implantat zusammengefügt, um zu verhindern, dass der Formgedächtnis-Effekt durch die Wärmebelastung vorzeitig ausgelöst wird. Nach der Implantatfertigung sollen Festigkeit, Elastizität und Haltbarkeit der FG-Effekte untersucht werden.
In einem nächsten Schritt werden die Parameter zur Optimierung der Induktionswärmung definiert und die Veränderungen der Implantat-Steifigkeit gemessen. Hierbei gilt es, ein enges Temperaturfeld zwischen Körpertemperatur und 60°C einzuhalten, um etwaige Nebenwirkungen der Induktion auf Knochen- und Weichgewebe zu vermeiden. In der dritten Projektphase werden die Effekte auf die Knochenheilung und das Infektionsrisiko evaluiert.
Das Projekt wird im Rahmen des Sonderforschungsbereiches 599 „Zukunftsfähige bioresorbierbare und permanente Implantate aus metallischen und keramischen Werkstoffen“ gemeinsam mit der Unfallchirurgischen Klinik und der Orthopädischen Klinik der MHH durchgeführt und von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) unterstützt.
