Jülich - Titan-Bandscheibe, made in Jülich: Porös, aber bärenstark

Titan-Bandscheibe, made in Jülich: Porös, aber bärenstark

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Bandscheibe / Titan / Dr. Martin Bram
Der 40-jährige Dr. Martin Bram hofft, bald ein Verfahren zu präsentieren, das den Produktionsprozess des porösen Titans vereinfacht. Foto: hfs.

Jülich. Hilfe für Patienten mit Bandscheibenschäden: Ein patentiertes Jülicher Herstellungsverfahren schafft maßgeschneiderte Poren in Titan, die optimal durch Knochenzellen besiedelt werden. Mit dieser für Schmerzpatienten sicher frohen Kunde lässt das Forschungszentrum aufhorchen. Ursprünglich entwickelten Energieforscher das preiswerte Verfahren, um poröse Werkstoffe für Brennstoffzellen zu verbessern.

Stabil muss es sein, aber gleichzeitig porös und von Hohlräumen durchzogen. So können Implantat und benachbarte Wirbel schnell und nahtlos miteinander verwachsen. Jülicher Forscher brachten nun ihr Fachwissen über poröse Werkstoffe aus der Brennstoffzellenforschung auch im medizinischen Bereich zum Einsatz. Das Ergebnis, ein Wirbelsäulenimplantat aus porösem Titan, wurde von der Schweizer Firma Synthes in ihre Produktpalette aufgenommen.

„Das Projekt war eine spannende Herausforderung, denn es stellten sich neue Aufgaben, die wir in die Entwicklung mit einbeziehen mussten”, so Dr. Hans Peter Buchkremer vom Jülicher Institut für Energieforschung und ansonsten für die Entwicklung von Brennstoffzellenmembranen verantwortlich. „Die Zusammenarbeit war für uns äußerst interessant, und wir sind stolz auf das Ergebnis.”

Grundlage für poröse Werkstoffe ist die Platzhaltermethode: Titanpulver und ein Platzhalterpulver werden zunächst vermischt. Unter dem Druck von 100 Tonnen wird das Gemisch in einen Block gepresst. So entsteht das Halbzeug, welches durch mechanische Bearbeitung wie etwa Fräsen in die gewünschte Form gebracht wird.

Um das Werkstück porös zu machen, wird es auf rund 80 Grad erhitzt. Der Platzhalter zersetzt sich, entweicht und hinterlässt die gewünschten Poren. Ein weiteres kontrolliertes Erhitzen dient der Festigung des Titans. Eine Temperatur von etwa 1300 Grad erlaubt es Atomen, zu wandern und die Titankörner stabil zu verbinden.

Als Bram und seine Kollegen auf einem Kongress ihre Innovation vorstellten, weckten sie das Interesse der schweizer Medizin-Firma Synthes. Zusammen entwickelte man ein neues Verfahren zur Herstellung von Wirbelsäulenimplantaten. Diese bestehen zudem aus zwei Zonen unterschiedlicher Dichte, um verschiedenen Ansprüchen bei der Implantation gerecht werden zu können.

In Jülich soll die Platzhaltermethode nun weiterentwickelt werden. „Der nächste Schritt wird es sein, Werkstücke aus porösem Metall per Spritzguss direkt herzustellen”, verrät Bram. Dabei entfällt die mechanische Bearbeitung der Implantate, was die Produktion vereinfacht und günstiger macht.
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