Abaksi- Antibakterielle Silber-Beschichtung von Endoprothesen

Der gestiegene Bedarf an Gelenkimplantaten hat zu einem erhöhten
Auftreten periprothetischer Gelenkinfektionen geführt, die häufig
durch Bakterien der Staphylococcus spp. Familie verursacht werden.
Bisher eingesetzte Antibiotika sind nur in der direkten Phase nach der
Implantation wirksam. Um bakterielle Infektionen langfristig zu
unterdrücken, müssen Lösungen für eine lang anhaltende
antibakterielle Wirkung etabliert werden. Dafür kommt der Einsatz von
Silber auf der Implantatoberfläche in Frage. In diesem Projekt soll
untersucht werden, wie das Silber durch Funkenerosion mit
beigemischten Silber-Nanopartikeln in Dielektrikum (Powder-mixed
EDM - PMEDM) in die Randschicht des Implantats während der
formgebenden Bearbeitung eingebracht werden kann. Eine
durchgehende und vergleichsweise dünne Legierungsschicht (˜ 2,5
µm), welche unter anderem mit Silber angereichert ist, wurde in
Vorversuchen hergestellt und hinsichtlich ihrer antibakteriellen
Wirkung bewertet. Bei einem Silbergehalt von 3,78% wurde eine
signifikante Verringerung der Anzahl der Bakterien und Cluster von
Staphylococcus aureus erzielt, während ein signifikanter Anstieg an
Osteoblasten-Zellen im Bereich von 0% bis 4,84% Silbergehalt
beobachtet wurde. Die Homogenität der Silber-Abscheidung in der
Randschicht stellt jedoch bei PMEDM für Implantatanwendungen
weiterhin eine große Herausforderung dar. Darüber hinaus muss die
Effizienz der antibakteriell-biokompatiblen Eigenschaften der
modifizierten Oberflächen über einen längeren Zeitraum bewertet
werden. Die übergeordneten Ziele des Projekts sind daher die
Beherrschung des PMEDM-Prozesses zur gezielten Erzeugung
solcher definierter Randschichten und die Gewinnung eines vertieften
Verständnisses der antibakteriell-biokompatiblen Wirkung von
TiAl6V4-Implantatoberflächen, die mit Silber angereichert sind. Der
zentrale Ansatz der Forschung ist die gleichmäßige Verteilung von
Silber-Nanopartikeln im PMEDM-Bearbeitungsspalt durch Anwendung
einer optimalen Spülstrategie mit Unterstützung von Multiphysik-
Simulationen und Ultraschallschwingungen. Darüber hinaus werden
die durch PMEDM-Bearbeitung erzeugten Langzeiteigenschaften
hinsichtlich antibakterieller Wirkung und Biokompatiblität der
Randschichten bewertet.