Ein neues Material verlängert die Funktionsdauer von künstlichen Gelenken

Patienten, die ein künstliches Gelenk benötigen, können bald beschwerdefreier leben, da ein neuer, von spanischen Forschern entworfener Verbundstoff die Funktionsdauer solcher Implantate deutlich verlängern kann.

Die Kombination verschiedener Bestandteile ergibt oft einen Verbundstoff mit guten physikalischen und chemischen Eigenschaften, wobei die Vorzüge jedes einzelnen Materialbestandteils genutzt werden. Spanische Werkstoffwissenschaftler kombinierten Zirkonoxid mit Aluminium, um mit Zirkonoxid verstärktes Aluminiumoxid (ZTA – Zirconia Toughened Alumina) zu erhalten.

Die Forscher des Instituts Consejo Superior de Investigaciones Cientificas (CSIC) mussten an die Grenzen ihres Fachs gehen, um eine rissfeste Form von ZTA zu erzielen. Die erforderliche Genauigkeit konnte mit herkömmlichen Verfahren wie Mischen und Druckformen oder Hydrolyse nicht erreicht werden. CSIC wandte einen neuen Ansatz aus dem nichtwässrigen Bereich an. Daraus entstand ein hochdichter ZTA-Nanoverbundstoff (NZTA), bei dem das Zirkonoxid in den Faserzwischenräumen und auch an den Fasergrenzen gleichmäßig verteilt wird.

Der NZTA bringt deutliche Verbesserungen bei der Härte und Festigkeit mit sich, wodurch Verschleißfestigkeit und auch Funktionsdauer zunehmen. Die Zirkonoxidteilchen bilden unter Druck ein kompressibles Eigenspannungsfeld, das den Nanoverbundstoff vor langsamem Risswachstum schützt.

Eine Haupteigenschaft des NZTA ist, dass er einfach verarbeitet und gefertigt werden kann, wodurch er sich für vielfältige Anwendungen eignet. CSIC untersuchte im Rahmen des vom GROWTH-Programm finanzierten BIOKER-Projekts, wie NZTA für künstliche Gelenke mit längerer Funktionsdauer eingesetzt werden kann. Es müssen noch Fragen der Massenproduktion von NZTA geklärt werden, aber die Aussichten sind sehr günstig.