Martin, Anne (2022)
Entwicklung strukturierter Oberflächen zur Verbesserung der Osseointegration von PEEK.
Technische Universität Darmstadt
doi: 10.26083/tuprints-00022557
Dissertation, Erstveröffentlichung, Verlagsversion

Kurzbeschreibung (Abstract)

Für Implantate stehen verschiedenste Werkstoffe zur Verfügung. Häufig im Einsatz, auch aufgrund ihrer sehr guten osseointegrativen Eigenschaften, sind Titanimplantate. Eine Alternative ist aufgrund seiner radiologischen Transparenz und der knochenähnlichen mechanischen Eigenschaften PEEK (Polyetherehterketon). Für ein schnelles Einheilverhalten sowie die Langzeitstabilität der Implantate ist eine dauerhaft stabile Anbindung (Osseointegration) an den Knochen essenziell, welche massiv von den Oberflächeneigenschaften bestimmt wird. So ist neben der Superhydrophilizität eine Kombination aus Nanostruktur und moderater Mikrostruktur von Titanoberflächen sehr förderlich. PEEK hingegen vermindert aufgrund seines inerten Charakters die Ausbildung einer direkten Knochen-Implantat Anbindung. Um die Vorteile beider Werkstoffe zu verbinden und somit das Einheilverhalten und die Langzeitbeständigkeit zu optimieren, wurde bereits ein Verfahren entwickelt, welches mittels physikalischer Gasphasenabscheidung Titan auf PEEK appliziert. In der hier vorliegenden Arbeit wurden verschiedene Methoden untersucht und bewertet, die es ermöglichen, zusätzlich eine moderate Rauheit in das Titan-PEEK-Schichtsystem einzubringen. Es wurden hierfür zwei Methoden erprobt. Die Stempelmethode arbeitet über verschieden sandgestrahlte Stempel, welche bei Raumtemperatur und bei 240 °C auf die Oberflächen von Spritzguss-PEEK Proben gepresst werden. Vergleichend dazu wurden auf unterschiedlich sandgestrahlten Bauplattformen PEEK Proben additiv gedruckt. Für das Stempeln bei Raumtemperatur konnte zwar eine gewünscht moderat raue Oberfläche gemessen werden. Jedoch wurden Teile der Oberfläche nicht strukturiert. Bei der Strukturierung bei 240 °C wurde zwar eine homogene Verteilung der Oberflächenstruktur erreicht, jedoch konnte nicht die gewünschte Größenordnung der Rauheit erzielt werden. Die Substratrauheit und der Einbau einer TiO2-Schicht in die Titanbeschichtung sowie das Weglassen der in situ Kühlung beim Beschichten zeigen positive Auswirkungen auf die kohäsiven und adhäsiven Schichteigenschaften. In Auslagerungsversuchen konnte beobachtet werden, dass sich die vermehrt oberflächennahe Ausbildung amorpher Anteile nachteilig auf die Schichtbeständigkeit auswirken kann. Für die gedruckten PEEK Oberflächen konnte eine homogene Rauheit in der gewünschten Größenordnung erreicht werden. Die erzeugten Schichtsysteme weisen neben sehr guten tribologischen Schichteigenschaften auch eine mittels Nanorauheit erzeugte Superhydrophilizität für 3 Monate auf.

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