Winzige Strukturen und beliebige Formen

Ein Forschungsschwerpunkt am Dresdener Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU ist die Implantatherstellung mittels Laserstrahlschmelzen. Werden Endoprothesen spanend, umformend oder gießtechnisch gefertigt, gibt es Restriktionen wie die Zugänglichkeit für Werkzeuge oder die Entformbarkeit. Da ein Implantat beim Laserstrahlschmelzen durch schichtweises, lokales Aufschmelzen von Metallpulver mittels Laserstrahl hergestellt wird, lassen sich nahezu beliebige innere und äußere Geometrien umsetzen. Die Potenziale des Verfahrens waren unter anderem anhand eines Hüftschaftimplantats, eines Schädelimplantats sowie eines Implantats für die Augenhöhle zu sehen.

Das Potenzial der Mikrozerspanung zeigte ein Implantatprototyp: Dieser ersetzt den Steigbügelknochen und eignet sich für die operative Versorgung in der Paukenhöhle, dem Hohlraum im Mittelohr. Eine optimierte Oberflächenkontur und -struktur verbessern das Anwachsverhalten. Mikrostrukturen benötigt auch ein mikrofluidisches System zur Laktatmessung, ein so genanntes Lab-on-a-Chip. Es wird mittels Heißprägen hergestellt, wobei laterale Abmessungen von weniger als 20 µm realisiert werden.

Die Integration aktiver Elemente in funktionale Implantate wurde unter anderem an einer Knochenschraube für die Wirbelsäulenchirurgie und an einem Hüftschaft demonstriert. Werden Aktoren aus Formgedächtnismaterialien integriert, können die Strukturen beeinflusst werden. Die Erfahrungen mit verschiedenen Verfahren setzen die Wissenschaftler auch bei Forschungs- und Entwicklungsarbeiten für Hersteller von Medizinprodukten, für Krankenhäuser und Ärzte ein.