Untersuchungen zu Biomaterialien und Biomineralien auf der Basis von Nickel-Titan-Legierungen und Calciumphosphaten

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Prymak_Dissertation2005.pdf06.12.2005 14:23:3025,63 MB
Die vorliegende Arbeit wurde im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 459 (Formgedächtnistechnik) in Zusammenarbeit mit der Unfallchirurgie des Krankenhauses Bochum-Bergmannsheil durchgeführt. Bei diesem Projekt handelte es sich um die Herstellung und Charakterisierung von Nitinol®-Legierungen und deren Potential in medizinischen Anwendungen. Zu diesem Zweck war eine interdisziplinäre Zusammenarbeit nötig, um die komplexen Eigenschaften dieses neuen Biomaterials vollständig zu verstehen. Im Zentrum dieser Arbeit stand die Entwicklung eines Beschichtungsverfahrens aus der Lösung zur Verbesserung der Biokompatibilität ohne Beeinträchtigung der besonderen Eigenschaften des Materials (Formgedächtniseffekt, Superelastizität. Zur Aufbringung einer Calciumphosphat-Beschichtung mittels des dip-coating-Verfahren war die Aktivierung der Oberfläche notwendig, um eine chemische Bindung zwischen metallischer Oberfläche und aufgebrachter Beschichtung zu erzeugen. Die so hergestellten Calciumphosphat- Beschichtungen wurden mit durch das klassische Plasma-Spray-Verfahren erzeugten Beschichtungen verglichen. Kristallographische, morphologische und biologische Tests zeigten die Vorteile des dip-coating-Verfahrens gegenüber der Plasma-Spray-Methode. Bei Kristallisation aus der Lösung entstanden nur definierte Calciumphosphat-Phasen und es ließen sich auch innere Oberflächen beschichten. Aufgrund der milden Bedingungen während der Kristallisation konnten durch Kokristallisation Wirkstoffe wie Antibiotika oder Knochenwachstumsfaktoren in die Beschichtung eingebracht werden. Biologische Untersuchungen zeigten eine Verbesserung der Biokompatibilität sowie eine Reduzierung der Nickelfreisetzung durch die Beschichtung. Neben NiTi wurden auch andere Implantatmaterialien (Stahl, Titan) mittels dip-coating-Verfahren beschichtet, was die weite Anwendbarkeit der Methode bewies. Ein weiteres Projekt im Rahmen des SFB 459 war die Entwicklung einer NiTi-Fußklammer. In der vorliegenden Arbeit wurden morphologische und mechanische Untersuchungen unter physiologischen Bedingungen an Prototypen dieser Fußklammer ausgeführt. Kein dabei erzieltes Ergebnis sprach gegen eine medizinische Anwendung. Des Weiteren wurden auch poröse NiTi-Proben (Biorthex, Kanada) untersucht und nach dem dip-coating-Verfahren beschichtet. Es zeigten sich eine Interkonnektivität der Poren, eine dem Knochen ähnliche Elastizität und eine vollständige Beschichtung auch der inneren Oberfläche, was für die medizinische Verwendbarkeit des Materials spricht. In Kooperation mit der Kieferorthopädie des Universitätsklinikums Hamburg-Eppendorf wurden Ermüdungstests an orthodontischen Drähten auf NiTi-Basis unter physiologischen Bedingungen (Simulation der im Mund stattfindenden Prozesse) durchgeführt und deren mechanische Eigenschaften mit denen von Stahldrähten verglichen. Die dabei erhaltenen Ergebnisse können die Auswahl einer Drahtsorte für eine bestimmte Anwendung erleichtern. Zusätzlich wurden auch Nickelfreisetzungsuntersuchungen unter dynamischer Belastung unternommen, wobei ein deutlicher Einfluss der Belastung auf die Nickelfreisetzung nachgewiesen wurde. Zusätzlich wurde gezeigt, dass eine Oberflächennitridierung weder die Nickelfreisetzung verhinderte noch die Bruchfestigkeit erhöhte. Neben den Arbeiten zu Nitinol® wurde auch die Kristallisation von Fluorapatit eingehend untersucht. Einflüsse von externen Parametern (pH-Wert, Übersättigung, Ionenstärke, Kristallisationszeit) sowie Zugabe von Fremdstoffen (Tenside, Polyelektrolyte) auf die entstehenden Morphologien wurden aufgezeigt. Die dabei erzielten Ergebnisse führten zur Entwicklung von Wachstumsmodellen für einige besonders interessante Morphologien des FAP (Hanteln, Kugeln). Außerdem wurde nachgewiesen, dass für das Entstehen dieser Morphologien keine organische Matrix benötigt wird, wie von anderen Autoren postuliert wurde. Zum besseren Verständnis von Biomineralisationsprozessen wurden mikrotomographische Untersuchungen an Schneckengehäusen, Rhopalien und Zähnen unternommen. Die Ergebnisse sprachen für die Anwendbarkeit dieser Methode zur zerstörungsfreien Charakterisierung von Biomineralien.
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Dokumententyp:
Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Fakultät / Institut:
Fakultät für Chemie » Anorganische Chemie
Stichwörter:
Biomaterialien, Biomineralien, NiTi, Calciumphosphat
Sprache:
Deutsch
Kollektion / Status:
Dissertationen / Dokument veröffentlicht
Datum der Promotion:
27.09.2005
Dokument erstellt am:
14.11.2005
Dateien geändert am:
14.12.2012
Medientyp:
Text