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StartseiteForschung aktuellSelbstverbiegende Stütze23.08.2007

Selbstverbiegende Stütze

Formgedächtnislegierungen in der Medizin auf dem Vormarsch

Medizintechnik. – Formgedächtnislegierungen sind Materialien, die neben ihrer aktuellen Form noch eine ganz bestimmte zweite annehmen können, wenn sie einem bestimmten Einfluss, etwa Wärme ausgesetzt werden. Im "Sonderforschungsbereich 599", den die Deutsche Forschungsgemeinschaft finanziert, werden Formgedächtnislegierungen für medizinische Zwecke erkundet.

Von Michael Engel

Formgedächtnislegierungen sollen bald in den OPs eingesetzt werden. (Stock.XCHNG / N. S. Junior)
Formgedächtnislegierungen sollen bald in den OPs eingesetzt werden. (Stock.XCHNG / N. S. Junior)

Metallimplantate, die im Körper eine andere Form annehmen können, sind das Ziel des "Sonderforschungsbereichs 599". Die Legierungen, die hier zum Einsatz kommen, verformen sich durch Erwärmen. Das passiert mit Hilfe einer hochfrequenten Induktionsspule – berührungslos von außen. Die Temperaturen im Implantat dürfen 60 Grad Celsius aber nicht übersteigen, sonst würde das umgebende Gewebe verschmoren. Die Speziallegierungen sind deshalb auf ein schmales Temperaturfenster zwischen 20 und 60 Grad Celsius ausgelegt. Für den Zuschnitt mit dem Laser ist das ein besonderes Problem. Mehr als 1600 Grad Celsius sind nämlich erforderlich, um die Legierungen aus Nickel und Titan passgenau zu zerschneiden. Im Laserzentrum Hannover geschieht dies in Sekundenschnelle.

"Wir haben das Ziel, die Geschwindigkeit möglichst hoch anzusetzen. Das heißt, je schneller wir den Prozess fahren können, desto geringer ist die Wärmeleitung auch in das Bauteil. Beim Schneiden sind das Größenordnungen von zehn Meter pro Minute und mehr. Und beim Schweißen können wir je nach Blechdicke auch fast in diese Größenordnung kommen."

Dr. Oliver Meier vom Laserzentrum Hannover setzt auf hohe Geschwindigkeiten, damit möglichst wenig Wärme von der glühend heißen Schnittstelle ins Bauteil gelangt. Denn schon die geringste Erwärmung kann die empfindliche Legierung verformen – sie wäre als Implantat dann nicht mehr zu gebrauchen. Meier:

"Und jetzt kann man sich vorstellen, selbst wenn ich lokal mit dem Laser wenig Wärme einbringe, 60 Grad sind dann doch schnell erreicht, und deswegen müssen wir natürlich besonders schnell hier schneiden, um diese sogenannte "Wärmeeinflusszone" klein zu halten, um eine Verformung zu verhindern."

Der Leiter der Abteilung Werkstoffe und Prozesstechnik kühlt die Schnittstelle zusätzlich mit Stickstoff und spannt das sensible Blech zwischen dicken Metallbacken ein, um möglichst viel Wärme, die beim Schneiden entsteht, aus dem metallischen Material abzuleiten. Der Laserexperte arbeitet Hand in Hand mit einem Mediziner: Dr. Thomas Gösling. Bei ihm landen die maßgeschneiderten Bleche – als Bauteile für den menschlichen Körper.

"Wir bringen ein Implantat in den Körper ein, und aufgrund von Wärme – das kann die Körperwärme sein, aber auch von außen durch "Induktion" nennen wir das zugeführte Wärme – können wir das eingebrachte Implantat noch einmal in seiner Form ändern."

Zwar können sich Formgedächtnislegierungen bei Erwärmung mehrere Millimeter ausdehnen, doch der Unfallchirurg hat es in der Medizinischen Hochschule Hannover vor allem auf die Biegeeigenschaften abgesehen. Um 20 bis 30 Grad können sich die Platten bei Erwärmung abwinkeln, wenn sie zum Beispiel mit den Knochen der Wirbelsäule verschraubt werden. Gösling:

"Wir zielen darauf ab, dass man Korrekturen ausführt. Zum Beispiel bei einem krummen Rücken. Dass man langsam beginnt, das Metall in seine gerade Position zu bringen. Dass man es erst schief einbringt und langsam wird es gerade, gerader und gerader, und somit kommt es zu einer graduellen Aufrichtung von einer Wirbelsäule zum Beispiel."

Die therapeutisch wirksame Verformung der Metallplatten kann selbst Wochen und Monate nach der Implantierung gezielt ausgelöst werden. Bei einer anderen Legierung, die schon bei 37 Grad Celsius ihre Form verändert, genügt die Körpertemperatur als Heizung. Diese Legierung wird für einen Nagel verwendet, der einen gebrochenen Oberarmknochen stabilisieren soll. Gösling:

"Der wird über einen Minischnitt in den Oberarm, der innen hohl ist, eingebracht und nach oben vorgeschoben. Durch die Körpertemperatur spreizt sich der Nagel auf und verklemmt sich. Und unser Ziel ist es, dass man Oberarmbrüche über einen einzigen zwei Zentimeter langen Schnitt stabilisieren kann."

Auf eine Vollnarkose, wie sonst üblich, kann in diesem Fall verzichtet werden. Vor allem ältere Menschen, die häufiger mit Knochenbrüchen in die Klinik kommen, sollen von dem schonenden Verfahren profitieren. In zwei Monaten wird der neue Nagel an den ersten acht Patienten getestet.

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