Biodegradierbare eisenbasierte Schichten für medizinische Anwendungen

• Antragstellerin: Dr. Christiane Zamponi
• Fachliche Zuordnung: Biomaterialien
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 237012428

In den letzten Jahren wird verstärkt auf dem Gebiet der biologisch abbaubaren Materialien für den Einsatz in der Medizin als temporäre Implantate geforscht. Die zwei wichtigsten Metallwerkstoffe sind Magnesium und Eisen. Während die Biokorrosion von Magnesium im Körper vielfach zu schnell unter Abgabe von Wasserstoff erfolgt und zu einem verfrühten Bauteilversagen führt, ist der Abbau von Reinsteisen im Körper zu langsam. Über das Hinzulegieren weiterer Elemente können sowohl die Korrosion, als auch die mechanischen Eigenschaften beeinflusst werden. In diesem Projekt sollen strukturierte Reinsteisenfolien und Eisenlegierungen mittels Magnetronsputtertechnologie und Mikrosystemtechnik für biologische Anwendungen, wie Mikroimplantate, hergestellt und charakterisiert werden. Entscheidende Eigenschaften sind hierbei das mechanische und das Korrosionsverhalten. Neben den mikrostrukturellen Einfluss von Entmischungen und Lokalelementen auf das mechanische und korrosive Verhalten, soll in diesem Nachfolgeprojekt ein Fokus auf der Nachbehandlung der strukturierten Eisenschichten liegen. Prozessbedingt (wurde im laufenden Projekt entwickelt) besitzen die Kanten und Flanken der strukturierten Eisenschichten eine andere Rauheit als die Ober-und Unterseite. Diese Rauheit hat Nachteile im mechanischen Verhalten, insbesondere im Ermüdungsverhalten des Materials. Es sollen drei unterschiedliche Behandlungsverfahren untersucht werden: Mikrokugelstrahlen, chemisches und elektrochemische Polieren. Die Herausforderung liegt hierbei, darin diese für Volumenproben etablierten Methoden auf Dünnschichtfolien anzupassen. Das Ermüdungsverhalten soll abhängig von der Oberflächenbehandlung zum einen an Luft und zum anderen im Elektrolyten untersucht werden. Die Charakterisierung des Materials erfolgt über Zugversuche, Ermüdungsversuche, Kontaktwinkelmessungen, Korrosionsexperimente und Strukturanalysemethoden (XRD, REM, EDS, TEM). Dickere Metallschichten können mittels Opferschichtmethoden als freitragende Folien fabriziert werden. Ein Weiterer Fokus liegt auf der Untersuchung der entwickelten eisenbasierten Materialien im Zelltest. Hierbei soll die Zytotoxizität abhängig von der Materialzusammensetzung und Oberflächenbeschaffenheit ermittelt werden. Durch den entwickelten Strukturierungsprozess ist es möglich beliebige Öffnungsformen in die Folien einzubringen und somit Netzstrukturen zu erhalten. Die Porengröße von Implantationsmaterial hat einen großen Einfluss auf das Zellwachstum. Für ein temporäres Implantat bieten sich Netzstrukturen an. Durch das Design lassen sich der Abbau und die Stabilität beeinflussen. Der Einfluss auf das Zellwachstum soll für eisenbasierte dünne Netzfolien untersucht werden. Ziel sind strukturierte, eisenbasierte Dickschichtfilme mit einer Dicke von ca. 50 µm für medizinische Anwendungen als Mikroimplantate. Das Kieler Nanolabor besitzt mit seiner Infrastruktur das dafür notwendige Equipment.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen