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Kunststoff mit Formgedächtnis

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Ein nahezu auf Knopfdruck entfaltbarer Kunststoff könnte größere Operationen zum Einsetzen einer Knieprothese überflüssig machen.
Perfekt angepasste künstliche Gelenke und Knochenschrauben, deren Einsatz nur eines kleinen ambulanten Eingriffs bedarf: US-Forscher sind dieser Wunschvorstellung einen Schritt näher gekommen. Sie entwickelten ein Material mit einer Art Formgedächtnis, das schon bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen aktiviert werden kann. Der Kunststoff wird zunächst anhand von Computertomographie- oder Magnetresonanztomographie-Aufnahmen exakt an den Knochen des Patienten angepasst. Anschließend lässt er sich extrem stark komprimieren und durch einen kleinen Einschnitt an den Einsatzort im Körper schleusen. Erhält er nun einen Wärmeimpuls von 50 Grad Celsius, entfaltet er sich wieder zu seiner ursprünglichen Form, berichten Jianwen Xu und Jie Song von der University of Massachusetts Medical School in Worcester.

Unfälle, Krebserkrankungen oder schlicht altersbedingte Abnutzungserscheinungen machen bei vielen Menschen den Einsatz künstlicher Gelenke notwendig. Starre Kunststoffe oder Keramik gehören dabei zu den Standardmaterialien. Bei komplizierten Knochenbrüchen wiederum sollen künstliche Helfer wie Knochennägel oder -schrauben aus Metall gewährleisten, dass alles wieder richtig zusammenwächst, sie müssen anschließend aber wieder entfernt werden. Der Nachteil der bislang verwendeten Materialien: Einmal in Form gebracht, sind sie weitgehend unflexibel, weshalb ihre Passform selten hundertprozentig perfekt ist. Darüber sind hinaus größere Operationen notwendig, um die Hilfsmittel einzusetzen und gegebenenfalls wieder zu entfernen.

Das soll nun anders werden ? dank eines neuartigen Polymers auf Basis von Silsesquioxan-Nanopartikeln. Das Material kann nach seiner Formung stark komprimiert und somit schon durch einen kleinen Schnitt an seinen Bestimmungsort gebracht werden. Dort entfaltet es sich wieder zu seiner ursprünglichen Form, passt sich dabei jedoch auch seiner Umgebung an. Da die Haltbarkeit des Kunststoffs variiert werden kann, ist beispielsweise im Fall der Knochenschrauben keine zweite Operation notwendig: Die Schrauben bauen sich einfach von selbst ab, wenn sie ihren Zweck erfüllt haben und die Bruchstellen wieder verheilt sind. Zusätzlich kann der neue Kunststoff mit Wirkstoffen beladen werden, die beispielsweise das Knochenwachstum anregen.

Forscher suchen bereits seit längerem nach derartigen Materialien, scheiterten jedoch häufig an den Wärmeimpulsen, die das Signal zur Entfaltung geben: Die hierfür benötigten Temperaturen sollen nur geringfügig über der Körpertemperatur liegen, aber gleichzeitig eine vollständige Wiederherstellung der Ursprungsform ermöglichen. Diese Hürde sei nun genommen, berichten Jianwen Xu and Jie Song, denn für das neue Material genügt ein Wärmeimpuls von 50 Grad Celsius, der beispielsweise über einen Katheter erfolgen könnte. Die beiden Wissenschaftler testen dies nun in Tierversuchen. Ihrer Einschätzung nach sind neben der Orthopädie auch viele weitere Einsatzgebiete für derartig anpassungsfähige Kunststoffe denkbar, beispielsweise könnten sie zum Erweitern oder Verengen von Blutgefäßen verwendet werden.

Jianwen Xu und Jie Song (University of Massachusetts Medical School, Worcester): PNAS, Online-Vorabveröffentlichung, doi: 10.1073/pnas.0912481107 ddp/wissenschaft.de ? Mascha Schacht
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