Mikro- und Nanohärte von bioresorbierbaren Materialien

Abstract

Knochenbrüche und deren operative Versorgung sind nicht nur eine körperliche, sondern auch seelische Belastung für den Patienten. Vor allem Kindern, deren Knochen im Gegensatz zu jenen von Erwachsenen einen anderen Heilprozess aufweisen, soll die Belastung einer Zweitoperation zur Entfernung des Implantates erspart bleiben. Die vorliegende wissenschaftliche Arbeit befasst sich mit der Untersuchung von mechanischen Eigenschaften verschiedenster bioresorbierbarer Implantatmaterialien, um nachweisen zu können, dass auch jene Implantate, welche sich nach einer bestimmten Zeit auflösen, die nötige Anfangsstabilität bieten. Dafür standen Proben aus Magnesiumlegierungen und Kunststoffen zur Verfügung. Um die Auswertungen vergleichen zu können, wurden auch Untersuchungen an Referenz- und Sham-Proben durchgeführt. Die Messungen erfolgten am Modell von Rattenknochen, da die Versuche an Ratten relativ schnell und kostengünstig gemacht werden können. Hierfür wurden insbesondere Mikrohärte- und Nanohärte-Messungen durchgeführt, die daraus resultierenden Messergebnisse statistisch ausgewertet und verglichen. Zur automatischen Darstellung der Messergebnisse mittels Boxplot-Diagrammen wurde ein Programm zur leichteren Bedienung erstellt. Im Bezug auf die Härteverteilung hat sich herausgestellt, dass Proben mit Implantaten aus ZX50 im Vergleich zu Titan und Referenzproben erheblich bessere Eigenschaften bezüglich der Härte aufweisen und sich somit zur Herstellung von Knochenimplantaten besser eignen. Es zeigte sich außerdem, dass die chemischen Bestandteile, welche mittels EDX und LA-ICP-MS bestimmt wurden, die Knochenverfestigung und somit die Stabilität begünstigen.

Bone fractures and their surgery treatment are not only a physical but also a psychological strain on the patient. Especially for children (whose healing process is different from that of adults), it would be desirable to spare them a second surgery for removing the stabilising implant. This paper deals with bioresorbable implant materials and their mechanical characteristics in comparison to reference samples in order to prove that the biodegrading implants show the necessary initial stability. Magnesium as well as Titanium and synthetic samples were studied. To provide comparative data, additional tests on reference and sham-samples were performed. For the analysis, rat bones were used because of the good availability and the acceptable costs. Mainly micro and nano hardness measurements were performed. The results were statistically evaluated and compared. An easy-to-operate program was created to show the measurement results in boxplot charts. Concerning the hardness it could be shown that, samples with ZX50 implants have a much better distribution than titanium and reference samples and therefore are better suitable for the production of bone implants. Additionally, it could be proofed that the chemical components of the magnesium alloys favour osteoclerosis and consequently stability.