Forschungsprojekte

Adaptive Komponenten für die Medizintechnik - Pedikelschraube

Zielbranchen

Gesundheits- und Medizintechnik

Problemstellung

Die Vielfalt der verfügbaren FGL-Halbzeuge erlaubt die Integration der aktiven und biokompatiblen Materialien in vorhandene Systemkomponenten wie Pedikelschrauben und Hüftendoprothesen, aber auch den Aufbau völlig neuartiger adaptiver Komponenten und Materialverbunde wie z. B. FGL-Textil-Strukturen. Für die textile Integration eignen sich aufgrund ihrer Geometrie und Materialeigenschaften in erster Linie Drahtaktoren. Diese reagieren mit einer Kontraktionsbewegung und Steifigkeitserhöhung, wenn sie über eine bestimmte Temperatur erwärmt werden. Die Tieftemperaturphase ist durch mechanische Belastung leicht verformbar. Durch Erwärmen kehrt das deformierte Material in seine Ausgangsform zurück.

Lösung

Mit der Integration der FGL-Drahtmaterialien in textile Basisstrukturen konnten gemeinsam mit dem Textilforschungsinstitut Thüringen-Vogtland e. V. adaptive FGL-Textil-Strukturen realisiert werden, die eine definierte Änderung des Spannungs-Dehnungs-Verhaltens bei Aktivierung ermöglichen. Ziel ist die situative Anpassung der Kompressionseigenschaften von medizinischen Bandagen- und Orthesensystemen.

Im Bereich der Endoprothetik werden unterschiedliche Aktorkonzepte zur Realisierung von aktiven Verankerungselementen entwickelt und in generativ gefertigte Implantatsysteme integriert. Ziel der Entwicklungsarbeiten ist die Verbesserung der Implantatstabilität im Knochen durch eine aktive Anpassung der Druckkraft an der Knochen-Implantat-Schnittstelle durch kraftschlüssige Druckzonen. Somit sollen Revisionsoperationen infolge einer aseptischen oder osteoporosebedingten Implantatlockerung vermieden werden.

Ein aktuelles Forschungsergebnis ist eine adaptive Pedikelschraube für die Wirbelsäulenchirurgie, die in Zusammenarbeit mit der Klinik für Wirbelsäulenchirurgie des Universitätsklinikums Dresden und dem Institut für Anatomie der Universität Leipzig entwickelt wurde. Die Ergebnisse der Laborversuche bestätigen die Verbesserung der Verankerungsstabilität im Knochen durch eine Aktivierung der integrierten FGL-Blech-Aktoren. In weiteren Arbeiten müssen neben den bereits erfolgten in-vitro-Versuchen auch in-vivo-Versuche die bisherigen Ergebnisse bestätigen.

© Fraunhofer IWU