Laserpolitur beschleunigt Oberflächenfinish

Eine große Rolle beim erfolgreichen Einsetzen eines Implantats spielt dessen Oberflächenbeschaffenheit, betonten die Wissenschaftler des BMWi-geförderten Projekts "MediSurf" bei der Präsentation ihrer Forschungsergebnisse in Aachen. 

Beispielsweise erfordern Knochenimplantate eine poröse Struktur, damit Zellen gut einwachsen können. Andere Implantate wiederum benötigen eine möglichst glatte Oberfläche, damit sich daran keine Bakterien ansiedeln können und das umliegende Gewebe nicht geschädigt wird. Diese Implantate sind Forschungsgegenstand des Projekts "MediSurf", an dem unter der Leitung des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT sieben Projektpartner arbeiteten.

Im Zentrum: die Oberflächenoptimierung

Einen Schwerpunkt bildete die Oberflächenoptimierung des Herzunterstützungssystems Incor aus Titan mit dem Ziel, dessen Fertigungszeit zu senken und gleichzeitig eine hohe Hämokompatibilität zu garantieren. Das bedeutet, dass Blutkörper in geringstmöglichem Maß vom Implantat geschädigt werden oder sich an ihm festsetzen können, so dass unter anderem die Entstehung von Thromben stark reduziert und somit das Herzinfarkt- und Schlaganfallrisiko signifikant gesenkt werden kann.

Die Oberflächenpolitur: laserbasiert versus manuell

Zunächst musste dabei geklärt werden, ob eine laserbasierte Oberflächenpolitur dieselbe Hämokompatibilität erreichen kann wie die konventionell eingesetzte manuelle Politur. Forscher des Fraunhofer ILT entwickelten dafür ein Verfahren zur Laserpolitur blutführender Implantate.

"Es ist uns gelungen, die Mikrorauheit der Oberfläche so zu reduzieren, dass das Implantat eine bestmögliche Hämokompatibilität aufweist. Allerdings gab es im Vorfeld keine Informationen darüber, wie die Oberfläche zu diesem Zweck beschaffen sein muss", erklärt Projektleiter Christian Nüsser vom Fraunhofer ILT. "So mussten wir viele verschiedene Parameter erproben, um das gewünschte Ergebnis zu erreichen."

Laserpolitur: schneller, sauberer und umweltfreundlicher

Getestet wurden die Implantate auf ihre Hämokompatibilität schließlich vom Universitätsklinikum Münster (UKM). Das Resultat: Laserpolierte Implantate weisen dieselbe Hämokompatibilität auf wie manuell polierte. Allerdings ist die Laserpolitur rund 30 bis 40 Mal schneller als die manuelle Politur. Bei einer großen Losgröße bedeutet dies eine enorme Senkung der Produktionskosten.

Zudem weist die Laserpolitur eine wesentlich höhere Reproduzierbarkeit auf. Sie gewährleistet eine homogene Rauheit auf der gesamten Oberfläche einer Freiformgeometrie, auch an Ecken und Kanten, die bei einer manuellen Politur nur schwer erreicht werden können. Anders als bei konventionellen Bearbeitungsverfahren werden die Kanten beim Laserpolieren nahezu nicht verrundet, was eine hohe Geometrietreue des Bauteils garantiert. Ein weiterer Vorteil der Laserpolitur: die höhere Sauberkeit und umweltfreundlichere Fertigung. Da im Gegensatz zur manuellen Politur keine Polier- und Schleifmittel verwendet werden, bleiben keine chemischen Rückstände am Implantat zurück.Flexible Maschinentechnik für die SerienfertigungNeben dem Polierverfahren wurde am Fraunhofer ILT auch eine Prototypenanlage für die automatisierte Laserpolitur von Implantaten entwickelt. Dazu haben die Wissenschaftler eine Glovebox erstmals mit einem 6-Achs-Knickarm-Roboter ausgerüstet, der die Implantate greifen und ein Magazin eigenständig abarbeiten kann. Diese automatisierte Maschinentechnik gestaltet den gesamten Bearbeitungsprozess kostengünstiger und flexibler und eignet sich für die industrielle Serienfertigung.