Wenn nach einem Unfall ein Knochen zertrümmert ist, dann muss operiert werden. Der Chirurg fügt die Bruchstücke zusammen und verklebt sie mit Knochenmasse aus einer anderen Körperregion. Stabilisiert wird das Ganze durch eine Metallschiene auf der Außenseite des Knochens oder durch einen Stift im hohlen Innenraum, einen so genannten Knochennagel. Der Physiker Timo Körner vom Lehrstuhl für Experimentalphysik der Universität Augsburg demonstriert das an einem Modell des Oberarmknochens.
"Man schiebt den Nagel rein, er muss oben und unten verschraubt werden. Dabei ist das Problem, wenn ich oben den Knochen verschrauben möchte, dass ich zwei Wunden habe: unten einen Schnitt und oben auch. Oben habe ich aber viele Sehnen und Muskeln, da möchte man ungern schnippeln."
Denn die Schulter ist eines der komplexesten Gelenke des Körpers. Entsprechend unbeliebt ist es bei den Chirurgen, dort eine Schiene oder einen Nagel zu verschrauben. Nun ist ein Operationsverfahren in Sicht, das es ermöglicht, den Oberarmknochen ausschließlich vom Ellenbogengelenk her zu stabilisieren. Von dort her wird der Stift eingeführt.
"Der Knochennagel ist normalerweise aus Stahl oder aus Titan, einem biokompatiblen Material. Hier haben wir eine Nickel-Titan-Legierung, die ähnlich funktioniert wie ein Bimetall. Der Unterschied ist, wenn ich diesem Material einmal eine Form gebe, dass es in dieser Form bleibt."
Dazu wird an den Stift aus der Metalllegierung Strom angelegt, so dass er sich auf 40 bis 60 Grad erwärmt. Wie bei einem der erwähnten Bimetallstreifen verbiegt sich dabei das Material. Am oberen Ende ist der Nagel in Lamellen zerschnitten, die sich beim Erhitzen nach außen entfalten und bei Bedarf sogar einzeln angesteuert werden können. Das Ergebnis: Der Knochennagel spreizt sich optimal in den Hohlraum des Knochens ein. Wenn nötig, kann der Arzt während der Operation auf einem Röntgenbild erkennen, ob der Nagel richtig sitzt. Und auch das Herausziehen einige Monate nach der Operation ist kein Problem, sagt Patrick Scheler von der Universität Augsburg.
"Weil das Material im Gegensatz zu normalem Federstahl keine starken Kräfte ausübt, beziehungsweise diese sehr genau einstellbar sind und die Haltekräfte gerade so angebracht werden, dass der Nagel den Knochen zusammenhält. Das Rausziehen macht man einfach mechanisch, indem man hinten zieht. Das Material ist wie bei den Brillen, kann ich Ihnen vorführen, auch eine Nickel-Titan-Legierung, ist relativ weich."
Spricht's und verbiegt dabei seine Brillenbügel, ohne dass diese brechen. Die Zusammensetzung der Nickel-Titan-Legierung soll auch garantieren, dass kein Nickel in den Körper abgegeben wird - denn manche Menschen reagieren allergisch auf das Metall. Das muss aber noch genauer untersucht werden, bevor die ersten Studien an Patienten beginnen können. So lange müssen die Physiker noch mit ihrem Knochenmodell experimentieren. Etwas weiter ist da eine Firma aus Altstätten in der Schweiz. Sie stellt Implantate aus Kunststoff her, der mit Kohlenstoff-Endlosfasern verstärkt ist. Ronald Wieling von der Firma icotec:
"Das verbessert die mechanischen Eigenschaften extrem. Bei der Festigkeit kommen wir in den Bereich von hochwertigem Aluminium, bei der Ermüdung in den Bereich von Titan. "
In ersten Studien werden diese Implantate zum Beispiel als Ersatz von Bandscheiben verwendet. Das neue Material ist elastisch genug, um deren Funktion teilweise zu übernehmen. Es verformt sich dabei jedoch nicht, wie es auf lange Sicht bei anderen Kunststoffen der Fall ist. Für die Unfallchirurgie werden auch Knochenplatten und Schrauben aus dem schwarzen Kohlenstofffaser verstärkten Kunststoff hergestellt. Der Clou: im Röntgenbild oder in einer Kernspin-Aufnahme sieht man dieses Material nicht. So kann der Arzt leichter kontrollieren, wie weit die Heilung vorangeschritten ist.
"Man schiebt den Nagel rein, er muss oben und unten verschraubt werden. Dabei ist das Problem, wenn ich oben den Knochen verschrauben möchte, dass ich zwei Wunden habe: unten einen Schnitt und oben auch. Oben habe ich aber viele Sehnen und Muskeln, da möchte man ungern schnippeln."
Denn die Schulter ist eines der komplexesten Gelenke des Körpers. Entsprechend unbeliebt ist es bei den Chirurgen, dort eine Schiene oder einen Nagel zu verschrauben. Nun ist ein Operationsverfahren in Sicht, das es ermöglicht, den Oberarmknochen ausschließlich vom Ellenbogengelenk her zu stabilisieren. Von dort her wird der Stift eingeführt.
"Der Knochennagel ist normalerweise aus Stahl oder aus Titan, einem biokompatiblen Material. Hier haben wir eine Nickel-Titan-Legierung, die ähnlich funktioniert wie ein Bimetall. Der Unterschied ist, wenn ich diesem Material einmal eine Form gebe, dass es in dieser Form bleibt."
Dazu wird an den Stift aus der Metalllegierung Strom angelegt, so dass er sich auf 40 bis 60 Grad erwärmt. Wie bei einem der erwähnten Bimetallstreifen verbiegt sich dabei das Material. Am oberen Ende ist der Nagel in Lamellen zerschnitten, die sich beim Erhitzen nach außen entfalten und bei Bedarf sogar einzeln angesteuert werden können. Das Ergebnis: Der Knochennagel spreizt sich optimal in den Hohlraum des Knochens ein. Wenn nötig, kann der Arzt während der Operation auf einem Röntgenbild erkennen, ob der Nagel richtig sitzt. Und auch das Herausziehen einige Monate nach der Operation ist kein Problem, sagt Patrick Scheler von der Universität Augsburg.
"Weil das Material im Gegensatz zu normalem Federstahl keine starken Kräfte ausübt, beziehungsweise diese sehr genau einstellbar sind und die Haltekräfte gerade so angebracht werden, dass der Nagel den Knochen zusammenhält. Das Rausziehen macht man einfach mechanisch, indem man hinten zieht. Das Material ist wie bei den Brillen, kann ich Ihnen vorführen, auch eine Nickel-Titan-Legierung, ist relativ weich."
Spricht's und verbiegt dabei seine Brillenbügel, ohne dass diese brechen. Die Zusammensetzung der Nickel-Titan-Legierung soll auch garantieren, dass kein Nickel in den Körper abgegeben wird - denn manche Menschen reagieren allergisch auf das Metall. Das muss aber noch genauer untersucht werden, bevor die ersten Studien an Patienten beginnen können. So lange müssen die Physiker noch mit ihrem Knochenmodell experimentieren. Etwas weiter ist da eine Firma aus Altstätten in der Schweiz. Sie stellt Implantate aus Kunststoff her, der mit Kohlenstoff-Endlosfasern verstärkt ist. Ronald Wieling von der Firma icotec:
"Das verbessert die mechanischen Eigenschaften extrem. Bei der Festigkeit kommen wir in den Bereich von hochwertigem Aluminium, bei der Ermüdung in den Bereich von Titan. "
In ersten Studien werden diese Implantate zum Beispiel als Ersatz von Bandscheiben verwendet. Das neue Material ist elastisch genug, um deren Funktion teilweise zu übernehmen. Es verformt sich dabei jedoch nicht, wie es auf lange Sicht bei anderen Kunststoffen der Fall ist. Für die Unfallchirurgie werden auch Knochenplatten und Schrauben aus dem schwarzen Kohlenstofffaser verstärkten Kunststoff hergestellt. Der Clou: im Röntgenbild oder in einer Kernspin-Aufnahme sieht man dieses Material nicht. So kann der Arzt leichter kontrollieren, wie weit die Heilung vorangeschritten ist.