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.