Schädigungscharakterisierung von Implantat-Knochen-Grenzflächen mit Hilfe des erweiterten push-out-Tests

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 Grenzflächenfestigkeit hat sich die Untersuchung der Scherfestigkeit der Grenzfläche im Tiermodell bewährt, die im push-out-Test oder im pull-out-Test durchgeführt werden kann.Bisher wird aus diesen Untersuchungen jedoch meist nur die erreichte Maximalkraft ausgewertet. Das Versagen der Implantat-Knochen-Grenzfläche erfolgt jedoch allmählich durch konsekutives Abreißen der anhaftenden Knochenbälkchen.Um Informationen über den Beginn und Verlauf des Versagens der Grenzfläche zu erhalten, soll der push-out-Test um die Schallemissionsanalyse erweitert werden. Damit sind in der Phase des Anstieges 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.Absolute und relative Verteilungsfunktionen der akustischen Emission charakterisieren die aktiven Grenzflächenmechanismen und die Anzahl der Ereignisse definiert die zeitliche Energie bzw. Ereignisdichte. Mit dem erweiterten push-out-Test kann ermittelt werden, wann kritische Schubspannung erreicht sind, bei denen das schrittweise Versagen der Grenzfläche beginnt. Dies ist die eigentlich kritische Last, die im Falle der klinischen Applikation von Implantaten im Skelettsystem nicht überschritten werden sollte. Mit der entwickelten grenzflächensensitiven Messtechnik sind in weiteren Untersuchungen neue Erkenntnisse für unterschiedliche Implantatwerkstoffe, Oberflächenmodifikationen und medizinischen Behandlungsverfahren zu erwarten.