Verschleißarme Schmiermittel für Prothesen
Geladene Polymere reduzieren Reibungsverluste
Reibung verursacht Verschleiß. Gerade künstliche Gelenke wie Hüftprothesen verlangen daher nach einem ausgefeilten Schmiermittel. Bisher übertreffen natürliche Mechanismen bei Kontaktflächen wie zum Beispiel zwischen Augapfel und Lid oder in Gelenkschalen alle künstlichen Lösungen deutlich. Doch filigrane Bürsten mit flexiblen Kunststoffborsten zeigten nun in wässriger Umgebung geringere Reibungsverluste als alle bisher technisch verwendeten Materialien. Diese nahezu perfekt geschmierten Kontaktflächen präsentiert ein internationales Forscherteam in der Fachzeitschrift Nature (Vol. 425, S. 163).
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"Unsere Erkenntnisse könnten Auswirkungen für biologische Schmiereffekte haben, die wichtig für das Design künstlicher Implante sind", sagen Jacob Klein vom Weizmann Institute of Science im israelischen Rehovot und seine Kollegen aus Kanada, Belgien und Großbritannien. Ihre reibungsarme Oberfläche besteht aus einem Borstenwald mit speziellen, langkettigen Polyethylen-Molekülen.
Die unteren Hälften dieser Polymere stoßen am Kontaktpunkt zum Keramikträger Wassermoleküle ab, die oberen hingegen sind elektrisch aufgeladen und "lieben" Wasser. Verschiebt man diese Flächen in einem wässrigen Medium mit ihren hydrophoben-hydrophilen Polymeren gegeneinander, treten nur extrem geringe Reibungskräfte auf.
Selbst bei sehr langsamen Bewegungen und Kontaktdrücken von einigen Atmosphären, wie sie auch in natürlichen Organismen häufig auftreten, behalten diese Borstenstrukturen ihre guten Schmiereigenschaften. Klein und seine Kollegen sind der Meinung, dass auch in natürlichen Kontaktflächen ähnliche Prinzipien mit elektrisch geladenen Makromolekülen wirken.
Ausgehend von ihren künstlichen Kunststoffbürsten denken sie nun an eine neue Beschichtung von Gelenkprothesen. Optimal geschmiert könnte so die Lebensdauer dieser Implantate in Zukunft deutlich gesteigert werden.
Jan Oliver Löfken
