Nanocomposites als Implantatwerkstoffe

Implantate kommen heutzutage in vielfältigen Anwendungen zum Einsatz, um Funktionen des menschlichen Körpers zu übernehmen, die aufgrund eines Defektes oder als Ergebnis einer chronischen Erkrankung ansonsten nicht mehr erfüllt werden können. Je nach Einsatzzweck müssen die dafür eingesetzten Implantatwerkstoffe unterschiedlichste Anforderungen erfüllen. Ein Hauptaugenmerk liegt dabei auf den Eigenschaften der Implantatoberfläche, da diese direkt mit dem umgebenden Gewebe interagiert. In Rahmen dieser Arbeit wurden Nanocomposites aus Polyamid 12 bzw. Polyetheretherketon und Natriumbentonit bzw. Titandioxid, die eine Erhöhung der Biokompatibilität versprechen, hergestellt und analysiert. Ein Vorteil der Nanopartikel liegt in ihrem extrem hohen Oberflächen/Volumen-Verhältnis begründet, wodurch bei einer feinen homogenen Verteilung bereits bei geringen Füllstoffzugaben eine hohe Oberflächenabdeckung erreicht werden kann. Die Fertigung geschah über eine Schmelzcompoundierung an einem Zweischneckenextruder. Es wurde dabei bewusst auf Verträglichkeitsvermittler oder ähnliches verzichtet, um die Biokompatibilität nicht negativ zu beeinflussen. Um unterschiedliche Composites zu erstellen, wurden unter anderem die Schneckenkonfiguration, die Art der Beschickung und Entgasung und die Temperaturführung verändert. Bei der Analyse der hergestellten Composites mittels elektronenoptischer und spektroskopischer Verfahren zeigte sich, dass Natriumbentonit vorwiegend agglomeriert in Polyamid 12 vorliegt. Titandioxid hingegen weist neben größeren Agglomeraten auch eine relativ homogene Feinverteilung auf, wobei der Füllstoff in Polyamid 12 etwas besser eingemischt wurde als in Polyetheretherketon. Insgesamt betrachtet muss eher von Microcomposites als von Nanocomposites gesprochen werden. Die Untersuchung der mechanischen, thermischen und rheologischen Eigenschaften mittels Zugversuch, Differenzkalorimetrie und Rheologie bestätigen dieses Ergebnis. Die Veränderungen, wie beispielsweise eine Erhöhung des Kristallisationsgrades oder eine Erhöhung der Viskosität, zeigen die für die Gruppe der Mikropartikel-Verbundwerkstoffe typische Charakteristik. Bei der Biokompatibilitätsanalyse konnte mittels Zytotoxizitätstests gezeigt werden, dass alle verwendeten Werkstoffe und die daraus gefertigten Composites keine zytotoxischen Effekte zeigen. Insbesondere bei der Verwendung von Titandioxid als Füllstoff ergibt sich außerdem eine Verbesserung der Zellproliferation. Die Werte sind nur geringfügig niedriger als die der Referenzproben, die aus einer in der Medizintechnik gebräuchlichen Titanlegierung gefertigt wurden. In der medizinischen Bildgebung erwiesen sich die Composites hoch überlegen gegenüber Probenkörper aus der Titanlegierung, da sie erst unter Grenzbedingungen geringe Artefakte bewirken. Zusammenfassend lässt sich aus den ermittelten Ergebnissen ableiten, dass vor allem Composites aus Polyetheretherketon und Titandioxid als Alternative für Titanimplantate weiter untersucht werden sollten.