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Unterkiefer aus dem Backofen

Der Mensch kann von der Natur viel lernen. Sie war schließlich die Inspiration für den Klettverschluss oder die Saugnäpfe. Auch der Forscher Andreas Burblies weiß das.

Knochenimplantat in Form eines Unterkiefers - Forscher wollen mit einem neuen Verfahren Implantate verbessern.

Am Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM) in Bremen hat er eine Methode entwickelt, die innere Struktur von Knochen nachzubilden. Bislang ist das IFAM eigenen Angaben zufolge international führend auf diesem Gebiet.

Im April dieses Jahres konnten Wissenschaftler einen menschlichen Kiefer erstmals so nachbauen, dass es dem Vorbild aus der Natur fast gleich ist. "Das war wirklich faszinierend. Wir hatten nicht gedacht, dass es so gut funktioniert", berichtet Burblies. Momentan ist das Verfahren noch in der Anfangsphase, doch diese Grundlage wird für die Implantatherstellung in einigen Jahre wahrscheinlich einen großen Schritt nach vorne bedeuten.

Neu daran ist, dass das Bauteil von außen und von innen aussieht wie ein Kiefer. Das gefertigte Stück ist nämlich nicht massiv, sondern im Innern porös - genau wie der Knochen aus der Natur. Dieser ist ideal gebaut: Er ist sehr stabil und trotzdem extrem leicht. An den Stellen, die stark belastet werden, ist der Knochen dementsprechend fest. An anderen Stellen weist er Hohlräume auf.

Ein Computerprogramm simuliert diese optimale Verteilung. "Die Strukturen werden dreidimensional eingerechnet", erklärt Robert Weitzel von der Firma Marcam Engineering, die die Software entwickelt hat. Auf Befehl wird das digitale Modell in 0,1 Millimeter dicke Schichten zerlegt.

Schicht für Schicht wird dann das Bauteil zusammengesetzt. Das geschieht in einer sogenannten Rapid-Prototyping-Maschine, einer Art Backofen für künstliche Knochen. Dafür wird feines Metallpulver verwendet, das durch einen Laser erhitzt wird. "Die Stellen, die später fest sein sollen, werden mit einem Laser abgefahren.

Dabei wird das Pulver so heiß, dass die Teile aneinander backen", beschreibt Burblies das Verfahren, das offiziell "sintern" heißt. Das restliche Pulver bleibt lose und wird einfach entfernt. "Wir machen Struktur rein, die keinen Einfluss auf die äußere Form hat", erklärt er und zeigt auf die feinen Verstrebungen im Innern des Modells, die es so stabil machen.

Bei der Auswahl der Werkstoffe muss Burblies allerdings einiges beachten: "Wir müssen aufpassen, dass die Materialien vom Körper nicht abgestoßen werden. Außerdem darf das Implantat ja nicht rosten." Ein ganzes Kieferimplantat bei einem Menschen einzusetzen hält er momentan noch für utopisch. Denkbar ist aber, Kieferteile, die zum Beispiel durch einen Tumor zerstört wurden, durch die passgenau angefertigten künstlichen Knochen zu ersetzen.

Bis die Herstellung der künstlichen Knochen marktreif ist, werden aber noch mindestens fünf Jahre vergehen. "Wir arbeiten mit Implantatherstellern und Ärzten zusammen, um es so schnell wie möglich umzusetzen", sagt Burblies. Viele Tests müssen noch gemacht werden bis ein Mensch ein solches Implantat bekommen kann.

Auch in das Verfahren muss noch viel Arbeit investiert werden. "Wir stoßen auch immer an die Grenzen der Fertigungstechnik", sagte Burblies. In meinem Leben werden wir das nicht mehr schaffen, die Natur eins zu eins nachzubauen."