Metallisches Glas für Knochenchirurgie

Foto: Metallisches Glas im Ofen

Blick in einen Ofen, in dem
metallische Gläser hergestellt
werden; Löffler/ETH Zürich

Bis heute fixieren Chirurgen gebrochene Knochen meist mit Schrauben und Platten aus rostfreiem Stahl oder Titan. Diese müssen sie dann in einer weiteren Operation entfernen, da der menschliche Körper diese Werkstoffe nicht abbauen kann. Materialforscher suchen deshalb nach metallischen Legierungen, die den Knochen eine Zeit lang stabilisieren, sich danach aber auflösen und vom Körper resorbiert werden.

Besonders interessante Materialien sind Legierungen auf der Basis von Magnesium. Dieses Leichtmetall ist mechanisch stabil und baut sich vollständig unter Freisetzung von körperverträglichen Ionen ab. Magnesium hat aber einen schwerwiegenden Nachteil: Beim Abbau bildet sich Wasserstoff, der dem Körper schaden kann. Um die Stellen, an denen die Magnesiumteile eingepflanzt wurden, entstehen Gasblasen, die das Knochenwachstum und damit die Heilung behindern und zu Entzündungen führen können.

Diese unerwünschte Nebenwirkung haben nun Materialforscher um Jörg Löffler, Professor für Metallphysik und -technologie am Departement Materialwissenschaft der ETH Zürich, beseitigen können. Sie haben nicht nur eine völlig neue, körperverträgliche Legierung aus Magnesium, Zink und Kalzium entwickelt, sondern diese auch mit einem speziellen Verfahren gegossen und so ein metallisches Glas produziert. Metallische Gläser werden durch schnelles Abkühlen aus der Schmelze hergestellt. Dadurch können sich die Atome nicht in einer Gitterstruktur anordnen und bilden eine ungeordnete Struktur, ähnlich wie die von Fensterglas.

Mit dieser Methode gelang es den Wissenschaftlern, der Magnesiumschmelze mehr Zink beizumengen als dies bei herkömmlichen Legierungen möglich ist. "Die neuartige Legierung in Form des metallischen Glases hat großes Potenzial für die Knochenchirurgie", ist Löffler überzeugt. Die Legierung und ihre Anwendungen als Implantatwerkstoff wurden deshalb bereits zum Patent angemeldet. Mit weiteren Forschungsarbeiten und klinischen Tests soll das neue metallische Glas in den nächsten Jahren bis zur Marktreife gebracht werden.

MEDICA.de; Quelle: Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)