Oberflächenbehandlung in der Medizintechnik

Viele Eigenschaften von Implantatmaterialien, z. B. die Biokompatibilität, die Zelladhäsion, das Benetzungsverhalten und Korrosion, hängen im hohen Maß von der chemischen und der morphologischen Struktur der Oberfläche ab. Mithilfe von Qualitätssicherungskonzepten zur Bewertung der Oberflächeneigenschaften ist es möglich, detaillierte Kenntnisse über diese zu gewinnen; so können mögliche gesundheitliche Schäden vermieden werden. Das Fraunhofer IFAM unterstützt hierbei und kann mit seinen umfangreichen Kenntnissen in der Oberflächentechnik (bspw. auch in der Nasschemie) u. a. innovative prozessorientierte Entwicklungskonzepte zur Verbesserung der Eigenschaften von Implantatmaterialien erstellen.

Oberflächeneigenschaften von Implantaten müssen analysiert werden

Umfassende Qualitätssicherungskonzepte erfordern die Charakterisierung der Oberflächeneigenschaften der Implantatmaterialien. Hierfür greifen unsere Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf ein breites Spektrum an analytischen und abbildenden Techniken zurück. U. a. gilt es, detaillierte Informationen über die elementare und die molekulare Zusammensetzung der Oberfläche gewinnen, z. B. mittels:

• Photoelektronenspektroskopie (XPS)
• Augerelektronenspektroskopie (AES)
• Flugzeit-Sekundärionenmassenspektrometrie (TOF-SIMS)

Mithilfe der abbildenden Techniken können topographische und morphologische Strukturen der Oberfläche in verschiedenen Skalen bis in molekulare Größenordnungen dargestellt werden:

• Lichtmikroskop
• Rasterelektronenmikroskop (REM mit FIB-Option)
• Rasterkraftmikroskop (AFM)
• Transmissionselektronenmikroskop (TEM)

Galvanische Kundenlösungen für erfolgreiche Oberflächenvorbehandlung

Unsere Expertinnen und Experten entwickeln maßgeschneiderte Kundenlösungen unter Einbeziehung von eigenen Markt- und Literaturrecherchen zum Stand der Technik sowie der Auswahl und Optimierung von passenden Vorbehandlungs- und Beschichtungsverfahren zur Verbesserung der Oberflächeneigenschaften von Implantatmaterialien. Zudem optimieren wir bestehende Prozesse der Oberflächenbehandlung. Dabei berücksichtigen wir unter anderem auch mögliche Strategien zur Kostensenkung und Zeitersparnis und können durch umfangreiche prozessbegleitende Analytik bestmöglich unterstützen.

Insbesondere die Nasschemie (Galvanotechnik) nimmt bei der Oberflächenvorbehandlung immer noch eine Schlüsselfunktion ein, auch bei Medizinprodukten. Außerdem hat die Nasschemie bei der Vorbehandlung von Metallen wie Titan, Magnesium, Edelstahl oder Aluminium einen entscheidenden Vorteil gegenüber mechanischen oder physikalischen Methoden, der für einige Prozesse relevant sein kann. Mithilfe der Nasschemie können auch Bereiche vorbehandelt bzw. modifiziert werden, die mit Methoden, die bspw. mit Laser- oder Plasmatechnologie arbeiten, nicht erreicht werden können (z. B. Implantate mit komplexen Geometrien).

Daher gehört es für Unternehmen zu den wichtigsten Schritten im Bereich der Oberflächenvorbehandlung, Verfahren und Produkte der Nasschemie einzusetzen. Das Fraunhofer IFAM unterstützt auch hier mit der Entwicklung und Optimierung von galvanischen Prozessen.

REACh-Verordnung und HSE-Richtlinien: „Grüne“ Chemie mit weniger umwelt- und gesundheitsgefährdenden Stoffen

Bereits heute und auch in den kommenden Jahren müssen sich viele Unternehmen auch in der Medizintechnik bedeutend umstellen, da diverse Chemikalien nicht mehr oder nur noch eingeschränkt verwendet werden dürfen. Das Fraunhofer IFAM kennt die Bedürfnisse der Kunden bereits aus diversen bilateralen Partnerschaften und kann daher auch den Nachhaltigkeitsaspekt in die Entwicklung von Verfahren und Produkten einbeziehen. Dabei nehmen wir Rücksicht auf die Verwendung von weniger umwelt- und gesundheitsgefährdenden Stoffen und halten EU-weite REACh- sowie generelle HSE-Prinzipien ein.

Unsere Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus der Abteilung Adhäsions- und Grenzflächenforschung sind durch ihre stark vernetzten Tätigkeiten im Bereich der Oberflächentechnik geübt darin, auch alternative Ideen und Strategien zu entwickeln, beispielsweise die Nutzung von Verschleißschutzschichten als desinfizierende Oberflächen oder die Anwendung von Beschichtungen für den Verschleißschutz in der Medizintechnik.