Stellschraube „Oberfläche“

Ultrakurze Laserpulse optimieren Oberflächen im Bereich von Mikrostrukturen. Der Rostocker Wachstumskern „MikroLas“ erforscht und entwickelt prototypische Anwendungen – etwa für die Medizintechnik.

Mit zunehmender Lebenserwartung werden Implantate immer wichtiger. Die Haltbarkeit einer Hüftprothese hängt zum Beispiel sehr stark vom Anwachsverhalten, von der Besiedelung mit Bakterien und der Kontamination von Rückständen. „In den meisten Fällen ist die Oberfläche die Funktionsgrundlage eines Implantats und macht seine Qualität aus“, berichtet Rigo Peters, Koordinator des Wachstumskerns, Geschäftsführer und Forschungsleiter der Schweißtechnischen Lehr- und Versuchsanstalt Mecklenburg-Vorpommern, SLV-MV. Und hier setzt der Rostocker Wachstumskern „MikroLas – Surfaces shaped by photonics“ an.

Beschreibung der Oberflächen eines Hüftimplantats

Mit ultrakurzen Laserpulsen lassen sich Oberflächen gezielt und präzise verändern, um spezielle technische oder biologische Eigenschaften zu erreichen. Hier am Beispiel eines Hüftimplantats, deren Oberfläche bei MikroLas" optimiert wird für eine bessere Haltbarkeit. 

Mikrolas

Auf dem 1. Öffentlichen Workshop von MikroLas in Warnemünde gaben die 15 Partner aus Forschungseinrichtungen und Unternehmen einen Überblick über die verschiedenen Anwendungsmöglichkeiten. Ingenieure aus den Bereichen biomedizinische Technik und Schiffbau, Physiker, Chemiker und Werkstoffwissenschaftler bilden eine Technologieplattform, die ultrakurze Laserpulse mit Atmosphärendruckplasmen kombiniert. Auf dieser Grundlage können innovative Verfahren die Oberflächen von vor allem medizintechnischen Produkten optimieren.

Beständigere Produkte durch innovatives Verfahren

Der Ultrakurzpulslaser ist ein relativ neues Verfahren, mit dem sich jedes Material in höchster Präzision bearbeiten lässt. Der Laser kann bohren, schneiden, fräsen und Oberflächen im Mikrometerbereich strukturieren. Er kann Löcher bohren, die dünner als ein menschliches Haar sind. Dazu wir der Laserstrahl über eine Linse gebündelt und auf die Oberfläche gerichtet.  Das abzutragende Material wird schnell erhitzt, ohne dabei zu schmelzen, sodass es verdampft. Auf diese Weise bearbeitet der Laser in kürzester Zeit kleinste Bereiche. „Mit dieser Technik können wir eine kontaminationsfreie Oberfläche auf Titan oder Keramik schaffen, rein photonisch, ohne Chemie“, beschreibt der Physiker Peters die Vorteile des Verfahrens.

In der Medizintechnik hat MikroLas Bearbeitungen der Oberflächen einer Hüftprothese und eines Zahnimplantats vorgestellt. Die SLV hat zusammen mit dem Institut für Biomedizinische Technik der Universität Rostock unterschiedliche Oberflächenmuster im Gleitlager eines Hüftimplantats getestet, um eine längere Lebensdauer im Körper zu erreichen.

Für die anwendungsorientierte Forschung an besseren Zahnimplantaten hat das Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie in Greifswald eine mit ultrakurzen Laserpulsen präparierte Titanoberfläche zusätzlich mit Plasma beschichtet. Vergleichende Versuche ergaben eine deutlich erhöhte Zellaktivität auf der plasmabehandelten Oberfläche, was für ein verbessertes Anwachsen des Implantats sprechen könnte.

Sieben Verbundprojekte bei MikroLas widmen sich der Optimierung von Oberflächen nicht nur in der Medizintechnik. Auch die Verbesserung von Mikrozahnringpumpen und Glassensoren gehört zu den Forschungsvorhaben. „Am Ende des Wachstumskerns wollen wir Prototypen schaffen, die in Anwendungsbeispielen münden, um dann in Produktion gehen zu können“, so Peters.