Implantate / Implantatmaterialien 

Der Implantatmarkt ist gerade im Bereich der klassischen Implantate, Herzschrittmacher, orthopädischen Implantate und Zahnimplantate von harter Konkurrenz geprägt. Trotz überdurchschnittlicher Wachstumsraten steigt der Preisdruck auf die zunehmende Zahl von Anbietern. Optimierungsbedarf besteht nach wie vor u. a. in den Bereichen der   

• Bakteriostatik von Polymerimplantaten (Katheter, Infusionsschläuche etc.)
• Verhinderung einer Calcifizierung von Herzklappen
• Belastbarkeit und des Resorptionsverhaltens von Knochenersatzmaterialien
• schnellen Integration der Implantate in das umliegende Gewebe über geeignete Oberflächenmodifikationen
• langzeitstabilen und biokorrosionsarmen Integration    

Zukünftige Entwicklungen sind z. B. intelligente Stimulationselektroden im neuronalen und muskulären Bereich oder intelligente Dosier-Implantate (»Insulin-Implantat«). 

Gelöst werden muss allerdings das Problem der Nervenstimulation mittels elektrischer Ströme ohne Stress und elektrolytisch-toxische Belastung der Zellen bei Langzeitimplantaten. 

Alle »biologischen Festkörper« wie Zahnbein, Knochen etc. sind als Materialkomposite aufgebaut. Besondere Bedeutung kommt deshalb der Entwicklung von bioverträglichen Kompositen für den Einsatz als Implantatmaterialien zu. 

Durch eine nanotechnologische Oberflächenmodifizierung könnten sich solche Materialien vielleicht für den Körper komplett maskieren lassen, was die Verträglichkeit erheblich verbessern würde. 

Tissue Engineering 

Ein neues Anwendungsgebiet für biokompatible Keramiken und Polymere hat sich im Bereich der Invitro- Gewebezüchtung (insbesondere dem Tissue Engineering) zum physiologischen Ersatz für traumatisch oder chronisch geschädigtes Gewebe entwickelt. Der Bedarf erstreckt sich auf fast alle menschlichen Gewebe, vom arthrotisch zerstörten Kniegelenk bis zu nicht mehr funktionsfähigen lebenswichtigen Organen (z. B. Infarktgewebe). 

Dabei werden autologe Zellen auf biokompatiblen Trägermatrices, so genannten scaffolds, zu funktionsfähigem Gewebe in vitro aufgebaut. Besondere Anforderungen werden hier an die Trägermatrix gestellt, beispielsweise 

• freie Formgebung z. B. hinsichtlich Größe und Verteilung unverzichtbarer interkonnektierender  Poren,
• An- bzw. Einbindung von Wachstumsfaktoren,
• möglichst pH-neutrale Resorption,
• Einführung von Sensor-Aktor-Systemen zur Stimulation und Überwachung der Zellspezialisierung  (Knochen).   

Membransysteme und Wirkstoffträger 

Grundsätzlich sind bioverträgliche Membranen ein grundlegender Bestandteil bei Herstellung, Transport und Isolierung von Stoffen. Derzeit finden sie ihren Hauptanwendungsbereich in der Hämodialyse (hier auch als großflächige Dialysatoren > 1,5 m^2 ) und der extrakorporalen Blutoxygenierung (»Membranlunge «). Aufgrund der Tatsache, dass allein in Deutschland 48000 Patienten auf eine künstliche Blutreinigung angewiesen sind, was pro Person jährlich Kosten zwischen 30000 Euro und 60000 Euro verursacht, wird die Reduktion der Kosten für gängige Einwegkartuschensysteme durch innovative, effektivere Systeme bestimmend für die FuE-Bestrebungen in diesem Teilmarkt sein. 

Typische nichtporöse Materialien für die Trennung von Gasen allgemein oder die spezielle medizintechnische Anwendung der Blutoxygenierung sind Zelluloseazetat, Silikonkautschuk oder Polyimid. 

Ein weiterer Bereich sind Wirkstoffträger, die Pharmazeutika selektiv zu den Zielorten im Organismus transportieren und dort kontrolliert abgeben. Insbesondere Partikel aus biokompatiblen Materialien mit Durchmessern im Bereich 10 nm - 1 mycrometer stellen mögliche intelligente Trägersysteme dar. Intensiver Forschungsbedarf besteht bei der Verbesserungder Kompatibilität zu sensiblen Wirkstoffen wie Proteine und Peptide, die durch das sich bildende chemische Milieu (pH-Wert und osmotischer Druck) innerhalb erodierender Polymere oder durch Adsorption an Polymeroberflächen inaktiviert werden können. 

Medizinische Instrumente für die minimalinvasive Chirurgie 

Ohne Frage wird die klassische Medizintechnik mit ihren Instrumenten ein stabiler und sich entwickelnder Markt für die Materialwissenschaften bleiben. In den vergangenen Jahrzehnten hat sich die so genannte »Schlüsselloch-Chirurgie« als Behandlungsmethode weltweit etabliert und enorm weiterentwickelt. Werkzeuge für die minimal-invasive Chirurgie müssen neben dem kleinen Bauvolumen eine große Härte sowie ausgezeichnete Schneideigenschaften aufweisen. Bei Operationen im Blutkreislauf dürfen keine Partikel mit Durchmessern größer 10 mycrometer in die Blutbahn gelangen, was durch Mikrostrukturierung von oberflächenbeschichteten Materialien vermieden werden kann. Für die Positionierung und Betätigung der Werkzeuge sowie für die Verankerung von Implantaten sind Verbindungstechniken für biokompatible Polymere zu entwickeln. 

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