Schrauben, die zu den Kerben des Körpers passen

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Anonim

Komplexe Knochenbrüche werden oft mit Titan oder Stahlschrauben und Platten gesetzt. Wenn diese jedoch einige Zeit im Körper verbleiben, können sie gesundheitliche Probleme verursachen. Ein neuer biokeramischer Schraubennagel ersetzt die derzeit verwendeten Metallkomponenten. Es kann leicht in Knochen eingeführt werden und muss nicht entfernt werden. Fraunhofer-Forscher präsentieren den Schraubennagel vom 14. bis 17. November auf der MEDICA in Düsseldorf (Halle 10, Stand G05).

Der Beginn der Skisaison ist immer eine hektische Zeit für alpine Notfallstationen. Nach der Behandlung enden einige Patienten mit Metallkomponenten in ihren Körpern, da komplexe Knochenbrüche normalerweise mit Schrauben oder Platten aus Titan oder Stahl behandelt werden. Diese müssen später chirurgisch entfernt werden, mit erheblichen Kosten und Unannehmlichkeiten für den Patienten. Bleiben die Schrauben im Körper, können sie bei empfindlichen Patienten Entzündungen oder Allergien auslösen. Diese Beschwerden könnten jedoch bald zur Geschichte werden, denn Forscher des Fraunhofer-Instituts für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM haben gemeinsam mit den Universitätskliniken Gießen-Marburg und Bonn und der Universität Bremen einen biokeramischen Implantatschraubennagel entwickelt. Die neue biomedizinische Komponente, "Scrail" genannt, besteht aus Kalziumphosphat, das der Zusammensetzung von Knochenmaterial sehr ähnlich ist.

Reduziertes Verletzungsrisiko für Sehnen und Knochen

Das Projekt wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit einem Millionenbetrag unterstützt. Eine wichtige Aufgabe des Projekts laut Dr. Sebastian Hein vom Fraunhofer IFAM war es, den Schraubennagel nach den Anforderungen der Keramik zu konstruieren und zu härten. Im Gegensatz zu bisherigen medizinischen Schrauben aus Titan oder Polymer wird der neue Schraubennagel nicht in den Knochen eingeschraubt, sondern sorgfältig eingeschlagen. Aus diesem Grund haben Forscher ein speziell geformtes Gewinde für den Schraubennagel entwickelt, das es erlaubt mit einem Minimum an Umdrehungen und reduziert das Risiko von Schäden an Sehnen und Knochen.

Im Gegensatz zu Metallkomponenten integriert sich der keramische Schraubennagel in den Knochen und muss nicht entfernt werden, da die beiden am häufigsten verwendeten biokeramischen Materialien - Calciumphosphat und Hydroxylapatit - dem Knochenmaterial sehr ähnlich sind. Dies ist ein deutlicher Vorteil gegenüber Polymerschrauben, die im Körper zerfallen. Abbauprodukte von Polymerschrauben können Entzündungen verursachen. Zusätzlich können sich nach dem Zerfall der Schrauben Hohlräume in den Knochen bilden, die sie instabil machen und anfälliger für das Brechen sind. Keramische Schraubnägel lösen sich nicht auf, sondern verbinden sich mit dem Knochen. Im Idealfall können sie sogar das Knochenwachstum beschleunigen, sagt Hein.

Patientenspezifische Implantate

Die größte Herausforderung für das Entwicklungsteam des Fraunhofer IFAM und der Universität Bremen bestand darin, die maximale Festigkeit des Materials zu erreichen, da Keramik ziemlich zerbrechlich ist. Mit Hilfe der Spritzgießtechnologie gießen Forscher Hydroxylapatit-Pulver in Nagelform und erhitzen sie. Die Verwendung der richtigen Prozessparameter liefert Komponenten mit optimierter Stabilität. Das Verfahren eignet sich besonders für die Massenproduktion, da es kostengünstig ist und ein flexibles Formdesign ermöglicht. Hydroxyapatitpulver kann jedoch auch in Verbindung mit 3-D-Druckern verwendet werden, wodurch patientenspezifische Implantate hergestellt werden können.

Hein geht davon aus, dass der Schraubennagel bald betriebsbereit sein wird, da Calciumphosphat bereits auf Biokompatibilität geprüft wurde und seit einigen Jahren als Material in medizinischen Anwendungen eingesetzt wird. Darüber hinaus haben medizinische Untersuchungen bei Schafen gezeigt, dass der Schraubennagel viel schneller und präziser eingesetzt werden kann als herkömmliche Schrauben, was "ein von unserer Seite völlig unerwarteter Effekt ist", sagt Hein. Als Ergebnis wird die Operationszeit verkürzt und der Patient steht für eine kürzere Zeit unter Betäubung.

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