Mechanisches Einsatzverhalten medizinischer Implantate

Für die Bewertung von Implantaten, die Entwicklung neuer Biomaterialien und die gezielte Oberflächenmodifikation von Implantatwerkstoffen, die im Skelettsystem verankert werden sollen, ist die quantitative Untersuchung der Belastungsfähigkeit des Interface zwischen Implantat und Knochen von grundlegender Bedeutung. Zur Bewertung der Grenzflächeneigen-schaften hat sich die Untersuchung der Scherfestigkeit der Grenzfläche im Tiermodell bewährt, die von den meisten Experimentatoren im push-out-Test oder im pull-out-Test durchgeführt wird. Bisher wird aus diesen Prüfungen jedoch meist nur die erreichte Maximalkraft bzw. Scherfestigkeit ausgewertet. Das Versagen der Implantat-Knochen-Grenzfläche erfolgt jedoch lastabhängig durch konsekutives Abreißen der anhaftenden Knochenbälkchen, wobei Typ und Behandlung des Implantatmaterials und die Verweildauer im Organismus entsprechenden Einfluss ausüben. Um Informationen über das beginnende Versagen und die Schädi-gungskinetik zu erhalten, wurde der push-out-Test um die simultane Schallemissionsprüfung erweitert, mit der die aktuelle Schadensentwicklung verfolgt werden kann. Damit sind in der Anfangsphase des Kraft-Weg-Diagramms vor Erreichen der Maximalkraft die Scherkräfte messbar, bei denen erste Ablösungen des Implantates vom umgebenden Knochen auftreten. Das beginnende Grenzflächenversagen wird durch die kritische mechanische Energie beim Einsetzen der akustischen Emission bestimmt, wobei die parallel registrierten mechanischen Kenngrößen die Scherspannung und Deformation definieren. Beim Versagen eines Implantates z.B. der Lockerung eines künstlichen Gelenkes, kommt es in der Regel nicht zu einem abrupten Versagen der Grenzfläche zwischen Knochen und Implantat, sondern zu einem allmählichen, schrittweisen Grenzflächenversagen mit Nachsinken oder Lockerung der En-doprothese. Dieses partielle Debonding des Interface von Knochen und Implantat führt sekundär zu einer Überlastung des Knochengewebes an den verbliebenen Kontaktstellen, lokalen Lastspitzen und so zum Fortschreiten der Desintegration des Implantates mit makrosko-pisch feststellbarer und klinisch evidenter Lockerung.